Patente de Xiaomi New Energy
La red de comunicaciones de ultra alta velocidad 5G permite a las personas acceder a Internet en cualquier momento, ampliando las posibilidades de los terminales personales que hace muchos años estaban limitados a las llamadas telefónicas. La potente potencia informática del procesador proporciona una fluidez; experiencia, e incluso puedes usarlo en tu teléfono móvil Disfruta de juegos AAA. La parte de la imagen ha alcanzado niveles sin precedentes y la calidad de la imagen es la misma que la de la cámara. La pantalla ha pasado de las 3,5 pulgadas anteriores al tamaño de un teléfono móvil.
La batería, que proporciona energía operativa a tantos componentes de alta tecnología en la oscuridad, tiene dificultades para traspasar sus propios límites y aumentar su densidad de energía. La gente ha encontrado nuevas formas de aumentar la potencia de carga y acortar el tiempo de carga de la batería, lo que sólo puede aliviar la vergüenza de la capacidad insuficiente pero no puede resolver el problema fundamental de la baja densidad de capacidad.
Las baterías de litio con electrodos negativos de grafito se utilizan desde hace muchos años. Tras años de desarrollo, su capacidad ha llegado a un cuello de botella. Para obtener una mayor duración de la batería, sólo se puede mejorar simplemente "aumentando el tamaño de la batería". Hoy en día, la batería de los teléfonos emblemáticos que buscan ligereza, delgadez y sensación en la mano se ha convertido en el mayor defecto del modelo.
¿Quién podrá mantenerse en pie?
Del 29 al 30 de marzo de 2021, Xiaomi realizó dos lanzamientos de nuevos productos de primavera, incluidos Xiaomi 11 Pro, Xiaomi 11 Ultra, teléfono móvil con pantalla plegable Xiaomi, etc. Xiaomi lanzó baterías de electrodos negativos de silicio y oxígeno a nivel mundial y las produjo en masa con éxito en Xiaomi 165438.
Principio de la batería
La batería se compone principalmente de tres partes: electrodo positivo, electrodo negativo y separador. Se ensamblan rodando y apilando, se llenan con electrolito y se sellan en una caja de acero o en un embalaje flexible para convertirse en una batería normal. Los vehículos eléctricos generalmente usan baterías con carcasa de acero y los productos digitales generalmente usan empaques blandos.
Durante el proceso de carga, se aplica un voltaje externo al interior de la batería a través de las pestañas, y los iones de litio del electrodo positivo liberan electrones. Los electrones migran al electrodo negativo a través del separador en el electrolito debajo. La acción del campo eléctrico, y están incrustados en el material activo de grafito del electrodo negativo, se reciben los electrones para completar el proceso de carga y almacenamiento de energía. Cuando es necesario descargar la carga externa, los iones de litio liberan electrones del electrodo negativo y se desintercalan, migran al electrodo positivo a través del separador y se incrustan en el electrodo positivo. Los electrones son recibidos por el material activo positivo, completando así el proceso. liberación de energía eléctrica.
El cuello de botella de las baterías de ánodo de grafito tradicionales
Existen muchas fórmulas diferentes para los materiales catódicos en las baterías de litio, como óxido de litio y cobalto, níquel cobalto manganeso, níquel cobalto aluminio, etc. El cátodo no se discutirá aquí por el momento. El material del electrodo negativo generalmente adopta una fórmula de grafito, que es fácil de obtener, económico y tiene buen rendimiento. Por lo tanto, el electrodo negativo de grafito se ha utilizado como material principal del electrodo negativo de la batería durante décadas.
Después de ciclos repetidos, la estructura de la batería del electrodo negativo de grafito comienza a volverse inestable. Algunos iones de litio no pueden incrustarse en el electrodo negativo y solo pueden permanecer en la superficie del electrodo negativo, acumulándose y produciéndose gradualmente. precipitación de litio. Hay menos iones de litio disponibles y migrando, y la capacidad cae rápidamente. En casos graves, la precipitación de litio se convertirá en dendritas de litio y perforará el separador, provocando un cortocircuito, una fuga o incluso una explosión de la batería. En términos de capacidad, el límite superior teórico de densidad de energía de las baterías de litio de ánodo de grafito tradicionales es de aproximadamente 372 mAh/g. La tecnología actual está cerca del valor teórico y es difícil de superar. La búsqueda de nuevas formulaciones de materiales es imperativa.
El desarrollo de cada generación de baterías insignia de Xiaomi
El desarrollo de la capacidad de la batería de la serie insignia de teléfonos móviles de Xiaomi en el pasado. Como se puede ver en el histograma de arriba, el. La capacidad de la batería de los modelos insignia de Xiaomi básicamente aumentó gradualmente con el tiempo, pero después de alcanzar los 4000 mAh, el crecimiento de la capacidad comenzó a disminuir, siendo la capacidad más alta los 4780 mAh del Xiaomi 10. La principal forma de mejorar la densidad de capacidad es aumentar el volumen de la batería, lo que demuestra que la densidad de energía de las baterías tradicionales de ánodo de grafito ha llegado a un cuello de botella.
Se puede ver en el desarrollo de la carga rápida de los teléfonos insignia anteriores de Xiaomi que la carga rápida de 18 W en la parte frontal del Xiaomi Mi 9 se ha mantenido durante mucho tiempo. Xiaomi 5 se lanzó en 2015 y Xiaomi 8 se lanzó en 2018. Tardó tres años en cargarse por completo. La carga rápida de Xiaomi se ha mejorado significativamente en el Xiaomi Mi 9 2019 y modelos posteriores. También se puede ver que Xiaomi está empezando a trabajar duro en la tecnología de carga rápida. El de mayor potencia es el Mi 10 Extreme Commemorative Edition, que está equipado con una batería de mariposa a base de grafeno con una potencia de 120W. La mejora del rendimiento se retrasa por la densidad de energía.
Desafíos de las nuevas baterías con material de ánodo de silicio
Hay varios problemas que deben afrontarse al aplicar materiales de silicio al electrodo negativo de las baterías. En primer lugar, las partículas de silicio se expandirán cuando se carguen iones de litio, hasta cuatro veces, provocando que la estructura colapse y que el material del electrodo se caiga. En segundo lugar, el silicio en sí es un material semiconductor. En comparación con los electrodos negativos de grafito comúnmente utilizados, la conductividad es mucho peor y la desintercalación de iones de litio es irreversible, lo que también afecta la capacidad de la batería.
En 2019, Tesla anunció que desarrollará una batería de ánodo de silicio que estabilizará la estructura del silicio recubriendo una capa especial sobre la materia prima de silicio para evitar daños estructurales causados por la expansión de la carga. Los paquetes de baterías representan una proporción muy alta del coste de los vehículos de nueva energía. Tesla utiliza baterías de ánodo de silicio principalmente para reducir significativamente los costos y aumentar la capacidad de producción, y para apoderarse rápidamente del mercado de vehículos de nueva energía. Xiaomi aplica baterías de ánodo de silicio a accesorios digitales, pero también necesita resolver las características físicas de la expansión del silicio antes de poder lograr la producción en masa.
Xiaomi lanza por primera vez batería negativa de silicio-oxígeno
Xiaomi 11 Ultra no es el primer teléfono Xiaomi que utiliza batería negativa de silicio. Ya en septiembre de 2019, el concepto de teléfono MIX Alpha de Xiaomi utilizaba una batería de carbono negativo de nanosilicio e implementaba una carga flash por cable de 40 W en una batería de 4050 mAh.
Aunque MIX Alpha es solo un modelo de verificación de tecnología que aún no se ha producido en masa, se puede ver que Xiaomi ya comenzó a explorar nuevos materiales para el ánodo de la batería en 2019 o incluso antes.
En comparación con el ánodo de silicio-carbono de primera generación, Xiaomi Mi 11 Ultra utiliza una batería de ánodo de silicio-oxígeno más madura y estable, que pertenece a la tecnología de batería de ánodo de silicio de segunda generación de Xiaomi. Al dopar silicio para complementar el litio, se utiliza óxido de nanosilicio para el electrodo negativo, que tiene una estructura más estable en comparación con los materiales de silicio y carbono de primera generación. El ánodo de silicio-oxígeno puede evitar eficazmente el agrietamiento y la pulverización causados por la expansión de las partículas de silicio durante la carga y descarga, resolviendo el problema de la vida útil de las baterías de ánodo de silicio, permitiendo que esta nueva batería de material no solo permanezca en concepto, sino que también entre producción en masa real, beneficiando al consumidor.
Capacidad mejorada en espacios reducidos
En la actualidad, la capacidad de la batería de los modelos emblemáticos suele estar entre 4000 y 4500, pero los productos básicos suelen tener baterías de gran tamaño, de más de 5000. ¿Por qué los modelos emblemáticos tienen menos capacidad de batería que los modelos básicos? Debido a que el módulo de cámara del modelo básico ocupa menos espacio, el rendimiento del procesador es moderado y no hay necesidad de invertir en disipación de calor a gran escala. Los usuarios de nivel básico no buscan mucho el diseño de apariencia y sensación. por lo que las máquinas de nivel básico tienen relativamente más funciones. Deje espacio para una batería grande.
Los modelos emblemáticos son diferentes. Los amigos que han visto desmontajes sabrán que los modelos emblemáticos suelen estar bien equipados en términos de rendimiento. El módulo de la cámara en la sección de imagen ocupa una gran cantidad de espacio y la placa base ocupa solo un pequeño espacio. Los procesadores potentes deben colocarse en módulos de disipación de calor, como cámaras de vapor, tubos de calor y pasta térmica de grafito, y se debe reservar espacio para las bobinas de carga inalámbrica. La batería del modelo insignia no se puede amplificar.
El límite superior teórico de densidad de energía de las baterías de litio fabricadas con materiales de ánodo de grafito tradicionales es 372 mAh/g, pero la tecnología actual está cerca del valor teórico y es difícil superarlo. El límite superior de densidad de energía de los materiales de ánodo de silicio es tan alto como 4200 mAh/g, que es 10 veces mayor que el de los materiales de ánodo de grafito tradicionales. Se puede colocar más capacidad en el mismo espacio.
La estructura interna del Xiaomi Mi 11 Ultra es un diseño tradicional de tres etapas. El grosor del cuerpo es de solo 8,38 mm y el espacio del compartimiento de la batería no aumenta particularmente. Colocar una batería de gran capacidad de 5000 mAh en un espacio tan pequeño muestra que las baterías de ánodo de silicio y oxígeno pueden aumentar la densidad de energía. Aunque la densidad de energía de las baterías de ánodo de silicio es diez veces mayor que la de las baterías de grafito, Xiaomi Mi 11 Ultra, como el primer producto digital producido en masa equipado con baterías de ánodo de silicio y oxígeno, no aprovechó completamente la potencia de las baterías de ánodo de silicio y oxígeno. pero hizo un trato muy cauteloso. Se cree que Xiaomi aumentará aún más la densidad de energía después de que más productos estén equipados con baterías de ánodo de silicio y oxígeno.
Carga rápida de alta potencia de 67W
Los tres grandes misterios de la batería, la duración, la capacidad y el rendimiento. Después de resolver los problemas de estabilidad de la vida y aumentar la capacidad, el último problema es el rendimiento: la carga rápida. Como se mencionó anteriormente, la batería está hecha de bobinas y pilas, con las pestañas unidas al exterior. El terminal es como un camino. Las baterías tradicionales adoptan un diseño de carril único de dos vías y todos los vehículos pasan por esta vía. La velocidad está limitada a un carril y solo puede avanzar de manera ineficiente. Incluso si el coche acelera, puede provocar inestabilidad. En pocas palabras, las orejetas de elevación de baterías tradicionales solo se pueden cargar lentamente y las grandes corrientes generarán calor, lo que dificultará el aumento de la potencia de carga.
La batería del Xiaomi Mi 11 Ultra utiliza la tecnología MTW multi-lug. Hasta 20 terminales de polo son como 10 carriles en el lado opuesto, lo que aumenta en gran medida la eficiencia del tráfico, reduce en gran medida la resistencia interna, puede soportar cargas de alta corriente y reduce el aumento de temperatura.
El modelo de cargador del Xiaomi Mi 11 Ultra es el MDY-12-ES, con una potencia de salida de 67W. Es un cargador PD de puerto A común en el sistema de carga rápida privado de Xiaomi, que admite 5v 3a/9V3a/11v 6.1A/20v 3.25 A.
Xiaomi 11 Ultra utiliza una estructura de celda única ATL y la parte de carga por cable adopta la tecnología de carga de bomba de carga 2:1, que carga directamente reduciendo a la mitad el voltaje y duplicando la corriente. Calculado en base al voltaje de la batería de 4,45 V, la salida real del cargador es 8,9 V6,1 A y la potencia de carga directa en el extremo de la batería alcanzará los 4,45 V 12,2 A. Según datos oficiales, Xiaomi 11 Ultra solo tarda 36 minutos en cargarse. 100%, ya sea que esté completamente cargado o Las piezas son todas muy rápidas.
Descripción general de la red frontal de facturación
La tecnología de baterías de ánodo de grafito ha llegado a un cuello de botella y es difícil aumentar la densidad de energía. La capacidad sólo puede aumentarse aumentando el volumen, lo que limita el diseño, el uso y la experiencia de todos los dispositivos eléctricos. Por ejemplo, los teléfonos móviles son delgados y livianos y pierden baterías de gran capacidad, o se fabrican tan gruesos como ladrillos para mejorar la duración de la batería.
Xiaomi ha conquistado con éxito una nueva tecnología de baterías de materiales y ha creado la primera batería de ánodo de silicio y oxígeno del mundo. El material del ánodo de nanosílice garantiza una estructura estable y una larga vida útil. Con el aumento de la densidad de energía, Xiaomi Mi 11 Ultra puede incluir una batería grande con una capacidad de hasta 5000 mAh en el grosor del cuerpo de 8,38 mm. La tecnología MTW 20 le permite admitir carga directa de alto voltaje de una bomba de carga de 67 W. Esto significa que Xiaomi ha dominado la tecnología central de las baterías de litio de los teléfonos móviles, ha compensado las mayores deficiencias de los barriles de madera e impulsará a toda la industria hacia la investigación y el desarrollo de baterías de nuevos materiales.
Xiaomi anunció su entrada en el campo de los vehículos de nueva energía en la conferencia de lanzamiento de nuevos productos de primavera.
Tener las reservas técnicas de las baterías de ánodo de silicio y oxígeno se convertirá en la carta de triunfo de Xiaomi, porque el paquete de baterías representa la mayor parte del costo de los vehículos de nueva energía. Las baterías de ánodo de silicio tienen gran capacidad, bajo costo y alto rendimiento, lo que es perfecto para el. Industria de vehículos de nueva energía. Se cree que las baterías de ánodo de silicio de Xiaomi subvertirán el panorama existente de vehículos de nueva energía y cambiarán toda la ecología.
Este artículo analiza los avances de Xiaomi en el campo de las baterías de nuevos materiales. El próximo artículo continuará discutiendo la tecnología negra de Xiaomi en carga inalámbrica y cómo lograr una producción comercial en masa de carga inalámbrica de 67W.