Le batterie nazionali hanno una grande capacità, ma non possono essere utilizzate all’estero
Parlando del Samsung Galaxy Z Fold7, appena uscito la scorsa settimana, oltre al prezzo di partenza di 13.999, ci sono due dati molto gettonati:
Tutti hanno applaudito lo spessore di 8,9 mm e hanno lasciato molti commenti sulla batteria da 4400 mAh.
Considerando i marchi locali di smartphone cinesi, 6000 mAh è quasi diventato lo standard di punta e la sua capacità raggiungerà presto quella di alcuni power bank.
Tuttavia, se si considerano i due marchi principali, Apple e Samsung, che guidano e definiscono gli standard del settore, si nota che sono carenti in termini di ricarica e durata della batteria. Alla fine, tutto si riduce a una frase:
Molto buono, peccato solo che sia da 4400 mAh.
È davvero così semplice come sembra? Apple e Samsung investono più di 50 miliardi di dollari in ricerca e sviluppo ogni anno. È davvero solo perché "non vogliono costruire una batteria di grandi dimensioni"?
——Certo che no. Secondo la ricerca di iFanr, riteniamo che la situazione della capacità delle batterie negli ultimi anni sia la seguente:
- La forte concorrenza sui parametri nel mercato interno, le elevate esigenze dei consumatori e l'implementazione di risultati tecnologici nell'intera filiera del settore delle batterie hanno contribuito congiuntamente alla diffusione di batterie ad alta densità e grande capacità, rappresentate dalle batterie al silicio-carbone nei telefoni cellulari nazionali.
- Tuttavia, i principali mercati internazionali, compresi gli Stati Uniti, hanno limitato la capacità della batteria dei telefoni cellulari a "20 wattora per cella". Superato questo limite, i costi logistici e di conformità aumenteranno significativamente, quindi la maggior parte dei modelli internazionali di marchi stranieri e nazionali potrà limitarsi al limite di 20 wattora.
- Poiché i marchi nazionali vengono venduti principalmente sul mercato interno, possono permettersi i costi logistici e di tempo aggiuntivi causati dalle batterie di grandi dimensioni (ad esempio, non possono essere trasportate per via aerea, ma solo via terra).
- Sebbene le batterie agli elettrodi negativi in silicio-carbone possano raggiungere una densità energetica estremamente elevata, la loro durata e sicurezza devono ancora essere verificate.
Nuova tecnologia delle batterie in Cina
Nell'ultimo anno circa, la tecnologia delle batterie ha compiuto un "grande balzo in avanti" nei telefoni cellulari nazionali. Solo nella prima metà di quest'anno, abbiamo assistito al fatto che i flagship di Xiaomi, Huami, OV e Vivo si stavano avvicinando o raggiungendo la soglia dei 6000 mAh, mentre i piccoli telefoni pieghevoli hanno superato la soglia dei 5000 mAh. Le batterie dei modelli di fascia media e bassa hanno iniziato a sfidare la soglia delle 7 cifre, che può essere definita un power bank in grado di effettuare chiamate.
Non c'è dubbio che quest'anno i consumatori nazionali stanno utilizzando i telefoni cellulari più potenti e con la maggiore capacità del mondo, superando di gran lunga quelli di qualsiasi altro Paese.
Immagine: sito ufficiale Xiaomi
L'eroe di questo mondo vibrante e dinamico sono naturalmente le batterie al litio ad alta densità con elettrodo negativo al silicio-carbonio, in rapido miglioramento . Un rapporto sul settore delle batterie pubblicato da Tianfeng Securities all'inizio di quest'anno ha evidenziato:
Esiste una chiara tendenza al doping del silicio nelle batterie dei telefoni cellulari, con una percentuale del 5-10%, non limitata ai modelli di fascia alta. Quest'anno, Huawei, vivo, OPPO, Honor, OnePlus, Xiaomi e altre aziende hanno lanciato telefoni cellulari che utilizzano materiali per elettrodi negativi a base di silicio, e la tendenza è evidente dai telefoni di punta ai telefoni di fascia media e bassa, il che aumenterà notevolmente l'uso di elettrodi negativi in silicio-carbonio.
Mentre l'attuale capacità specifica delle batterie al litio con elettrodi negativi in grafite è prossima al limite teorico, gli elettrodi negativi in silicio possono aumentare il limite superiore teorico da 372 mAh/g di grafite di quasi dieci volte a 4200 mAh/g.
Cosa significa per capacità specifica teorica poter ottenere un miglioramento di dieci volte?
Ciò significa che la densità energetica di ogni cella della batteria è aumentata vertiginosamente, il che è fondamentale per i prodotti elettronici di piccole dimensioni come i telefoni cellulari. E questi valori migliorati in milliampere possono essere convertiti in dati di marketing, il che è ancora più importante per il mercato interno della telefonia mobile, che è diventato una "battaglia corpo a corpo".
Figura｜IDC
Perché i paesi stranieri non sfruttano le qualità della Cina?
Pensi che Apple e Samsung, che ogni anno spendono decine di miliardi in ricerca e sviluppo, non sappiano che le batterie di grandi dimensioni sono utili o che non dispongano della tecnologia necessaria per utilizzarle?
Ovviamente no.
Le batterie al silicio-carbone non sono monopolizzate dalle aziende cinesi. Infatti, aziende giapponesi e coreane come Shin-Etsu Chemical, 3DC Co., Ltd., SK Materials e Posco Silicon Solutions detengono tutte numerosi brevetti tecnici relativi agli anodi al silicio-carbone e hanno un peso considerevole nella ricerca e sviluppo e nella produzione:
SK Materials e l'azienda statunitense di materiali in silicio e carbonio Group14 hanno fondato congiuntamente una fabbrica di materiali per elettrodi negativi in silicio e carbonio a Sangju, in Corea del Sud
Allora perché non vediamo batterie di grandi dimensioni da 5.000 o 6.000 mAh su iPhone e Galaxy?
In realtà, c'è qualcun altro che sta frenando Apple e Samsung: le Raccomandazioni delle Nazioni Unite sul trasporto di merci pericolose. Più specificamente, si tratta della Disposizione Speciale 188.
Il regolamento stabilisce:
- Se la capacità di una singola cella di una batteria al litio è inferiore a 20 wattora, questa è considerata una "piccola batteria" e può seguire regole di spedizione semplificate ed economiche.
- Non appena una singola cella della batteria supera i 20 wattora, la batteria verrà classificata come "merce pericolosa" e dovrà rispettare specifiche molto severe in materia di imballaggio, etichettatura, dichiarazione e trasporto protettivo nella logistica internazionale, il che comporterà un forte aumento dei costi di trasporto.
Da sinistra a destra: le batterie al litio sono UN3480, categoria 9 "altre merci pericolose" e possono essere trasportate solo su aerei cargo | Epec
I prodotti più interessati da questa regolamentazione speciale sono naturalmente gli smartphone, come iPhone e Samsung Galaxy, nonché i modelli internazionali di marchi nazionali.
Per Apple e Samsung, che ogni anno spediscono più di 200 milioni di telefoni cellulari in tutto il mondo, se non vogliono che i costi di spedizione salgano alle stelle, devono limitare l'energia totale della batteria a meno di 20 wattora.
Infatti, lo fecero.
- Prendendo come esempio l'iPhone 16 Pro Max, questo modello utilizza una batteria da 4685 mAh con una tensione nominale di 3,88 V, che equivale a 18,17 wattora.
- Allo stesso modo, l'energia totale della batteria dell'S25 Ultra è di 18,84 Wh.
- La batteria da 4400 mAh dello Z Fold7, che è stata ridicolizzata da molti utenti della rete, ha una potenza totale di 17 Wh.
È importante capire che non è che Apple e Samsung non possano permettersi batterie di grandi dimensioni, ma che devono concentrarsi sui mercati al di fuori della Cina più dei produttori nazionali. Vogliono ridurre i costi logistici e mantenere i margini di profitto per garantire la continuità della ricerca e dello sviluppo, quindi possono dare priorità solo alle batterie di piccole dimensioni.
Naturalmente, il motivo per cui Apple e Samsung rispettano il limite di 20 wattora non è solo dovuto alle normative internazionali sul trasporto di merci pericolose. Essendo grandi aziende che operano a livello globale, da una prospettiva commerciale, le loro strategie di progettazione industriale e approvvigionamento dei prodotti sono destinate ad essere conservative, inclusa la tecnologia delle batterie. Soprattutto Samsung, dopotutto, non vuole rivivere l'incubo dell'esplosione del Note 7…
In ogni caso, se il sistema di sicurezza logistica internazionale non verrà allentato, le batterie dei cellulari Apple e Samsung non riusciranno a fare grandi passi avanti nei prossimi uno o due anni.
Ma qui dobbiamo fare una digressione: non fatevi ingannare dalla piccola batteria del Samsung Z Fold7, le sue prestazioni sono davvero impressionanti: dopo 2.000 cicli di carica e scarica, la capacità disponibile può essere mantenuta a oltre l'80%, superando di gran lunga il limite di 800 volte imposto dalle nuove normative UE.
Resta da vedere la durata della batteria, che peraltro utilizza la tecnologia a elettrodo negativo al silicio-carbone preferita dai produttori cinesi.
SM-F966B/DS è la versione europea del Samsung Z Fold7, l'angolo in basso a sinistra ha un ciclo rimanente dell'80%, ovvero 2000 volte
Lo stato attuale delle batterie al silicio-carbone è semplicemente "Tathagata"
Sebbene la tecnologia delle batterie al silicio-carbone possa attualmente raggiungere una densità energetica estremamente elevata, presenta anche due difetti importanti che non sono ancora stati risolti:
Espansione fisica dell'elettrodo negativo in silicio e riduzione del ciclo di vita.
Compositi silicio-carbonio per anodi per batterie al litio | Novarials
Come accennato nel precedente articolo di iFanr sui power bank, le attuali batterie agli ioni di litio più diffuse utilizzano tutte la grafite come materiale dell'elettrodo negativo, mentre le batterie al silicio-carbone sostituiscono il materiale dell'elettrodo negativo in grafite con un materiale composito di carbonio contenente silicio (grafite).
Tuttavia, il silicio subirà una notevole espansione di volume durante il processo di carica. Sebbene la velocità di espansione del materiale composito non sia così elevata come quella del 400% dell'elettrodo negativo in silicio puro, è comunque molto superiore a quella della grafite, che è solo del 10%. Il problema della fatica del materiale causato da ripetute espansioni e contrazioni a lungo termine non può essere ignorato.
Non vuoi che il tuo telefono diventi così, vero? | Tom's Guide
D'altra parte, il silicio nel materiale composito silicio-carbonio è chimicamente più attivo della grafite e ha maggiori probabilità di reagire chimicamente con l'elettrolita. Ciò causerà la rottura e la ricostruzione ripetute del "film di interfaccia elettrolitica solida" sulla superficie dell'elettrodo negativo durante il ciclo di riproduzione, accelerando il consumo di ioni di litio e di elettrolita.
La manifestazione macro di questo consumo è che la capacità disponibile delle batterie al silicio-carbone si riduce più rapidamente.
Per le persone comuni, questi due problemi significano che, nonostante le batterie al silicio-carbone abbiano grande capacità e potenza elevate, l'"allarme stato della batteria" potrebbe apparire più rapidamente sul telefono cellulare e la durata della batteria potrebbe ridursi in modo più significativo .
Pertanto, sebbene alla fine dell'anno scorso e all'inizio di quest'anno la maggior parte dei modelli di punta nazionali utilizzasse batterie al silicio ad alto tenore di carbonio o tecnologie simili, ci vorrà del tempo per dimostrare la durabilità e il ciclo di vita di queste batterie.
Naturalmente, il mercato cinese è sovraffollato di smartphone, la scelta è troppo ampia e il costo di sostituzione di un telefono non è elevato. Questo è il motivo per cui la maggior parte dei produttori Android nazionali promette solo 300-500 cicli di riproduzione quando specifica il numero di volte in cui un telefono può essere utilizzato. I consumatori cinesi potrebbero aver già sostituito i loro telefoni prima che la batteria si esaurisse.
Inoltre, dal punto di vista delle operazioni commerciali, il tasso di ricambio relativamente elevato del mercato interno e i minori costi di sostituzione delle batterie potrebbero renderlo l'unico posto al mondo in grado di permettersi una guerra di logoramento per le batterie al silicio-carbone .
Per questo motivo, il fatto che Apple e Samsung non abbiano modificato la capacità della batteria per così tanti anni non è del tutto una perdita di tempo: gli ostacoli normativi che i prodotti incontrano nel trasporto internazionale e nelle vendite transfrontaliere sono molto più numerosi di quanto immaginassimo e sono difficili da individuare quando ci troviamo di fronte a modelli con batterie di grandi dimensioni venduti solo sul mercato nazionale.
D'altro canto, per i produttori nazionali di telefoni cellulari, i numerosi ostacoli che devono affrontare quando vanno all'estero non riguardano solo le batterie.
Figura｜36Kr
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