自锂离子电池取代镍镉电池、镍氢电池后，手机电池容量持续攀升，不断突破新的高度。从600毫安到6000毫安，再到近期智能手机厂商放出1万毫安电池消息，大容量电池已成为提升手机产品竞争力的重要手段，以满足用户在户外、旅行、游戏等场景下对长续航的需求。
然而，手机容量的大幅提升，是手机厚度的增加，还是革新电池技术？如何兼顾手机长续航性能和外形轻薄的需求？笔者从专利视角出发，探索锂离子电池能量密度的发展，以期为行业提供参考。
材料体系不断革新
手机锂离子电池正极材料以钴酸锂为主，早期整个行业处于起步阶段，总体专利申请量不多，以国外企业为主要申请人。2006年至2017年，受钴资源成本影响，质量能量密度更高、成本低廉的三元材料（镍钴锰、镍钴铝）登上舞台，此后成为手机电池正极材料的主流选择之一。
通过钴酸锂与三元材料共掺杂，手机电池容量提升至3000至5000毫安，相关专利申请快速增长，国内企业逐步展露头角，格林美新材料、合肥国轩高科动力能源、宁德时代等企业对正极材料进行大量专利布局，但在该阶段，仍以日本企业申请量居多。2018年后，国内企业逐渐成为电池正极材料的主要专利申请人。
相对于正极材料的专利布局，负极材料技术更新速度较慢，相应的专利申请量较少。传统的负极材料——石墨具有良好的导电性能和稳定的循环性能，自上世纪90年代便开始占据锂离子电池负极的统治地位。在2020年之前，国外企业为该领域专利主要申请人，近些年来，我国企业宁德时代、宁德新能源科技、珠海冠宇成为石墨负极的主要研究企业。
但石墨的理论容量已接近开发极限（约372毫安/克），为提升电池容量，研发人员将目光投向理论能量密度更大的硅基材料。2021年，小米公司开发出5000毫安硅氧负极智能手机，硅基负极逐渐取代石墨负极，受益于硅基材料的高能量密度，6000毫安、7000毫安等大容量手机也顺势而出。这期间，国内企业抓住热点，珠海冠宇、宁德时代、宁德新能源科技大量布局相关专利，循环性能更好的硅碳材料成为负极的新“宠儿”。例如，荣耀手机搭载的青海湖电池、vivo手机搭载的蓝海电池、一加手机搭载的冰川电池均采用硅碳负极技术，电池容量迈向新水平。
在笔者看来，硅碳负极电池还可持续优化，目前手机电池硅含量在10%左右。近些年来，贝特瑞新材料集团、巴斯夫杉杉、广东东岛新能源等相关企业在纳米硅颗粒的制备、碳材料的选择与复合工艺、材料的表面改性、包覆技术、硅碳材料的制备等硅碳负极领域进行了多方面专利布局，以提高在市场的竞争力。未来，预计相关企业将不断优化硅碳负极材料性能，提高硅含量的同时更好地解决体积膨胀问题，进一步提升手机电池能量密度与容量。
制造设计提高电池容量
软包电池是目前轻薄化手机电池的常用类型。为节约电池空间，研发人员通常在电池封装工艺、电池设计上进行改进，如采用更薄的封装材料、优化封装结构，或采用单电芯大电池设计替代部分双电芯方案，又或采用更紧密的卷绕或叠片工艺，提高电池内部空间的利用率。
此外，为适应手机内部的空间布局，电池企业对电池外形进行了多样设计，如格瑞普的异形电池，从最初简单的梯形、L形等规则异形结构，到如今能够根据手机内部复杂曲面和狭小空间定制的不规则异形结构，在保障性能的同时，更好地适应了多样化的手机内部形态，最大化利用不规则空间，提高电池容量。
与电池材料注重专利布局不同，电池结构制造工艺的专利申请数量相对较少。相对于国外企业，国内企业更关注电池制造设计的专利布局，相关技术专利申请量高于国外。近年来，结构制造专利主要申请人为远景动力技术、宁德新能源科技等企业。
值得一提的是，固态电池商业化应用将为手机电池容量带来质的飞跃，彻底改变手机续航格局。从长远来看，具有更高能量密度的固态电池技术会对目前主流的液态锂离子电池的市场产生巨大冲击，尤其是可折叠智能手机的快速发展，使固态或凝胶聚合物电解质的发展迫在眉睫。
上汽、宁德时代等企业纷纷宣布在2026年固态电池装车，小米公司的固态电池手机据称将实现1000Wh/L的能量密度，预示着固态电池时代的到来。此外，卫蓝新能源科技和中国科学院物理研究所等科研机构加快固态电解质专利技术布局，以企业、研究机构、高校产学研合作的形式加速技术成果转化。同时，上海屹锂、浙江锋锂、远景动力技术、蜂巢能源科技、万向等国内企业也积极探索布局，为未来市场做好准备。
校企展开深度合作
智能手机厂商在电池方面的专利布局到底如何？笔者认为，电池供应商往往呈现全面覆盖的态势，而手机生产厂商则呈现出显著的差异化特征。某国外智能手机厂商自2010年便着手构建全方位的电池专利体系，涵盖电池材料、电芯结构、封装方法、充电方法等多个技术领域，在2020年开始申请全固态电池相关专利。国内智能手机厂商中，华为和小米公司的专利储备较为突出，在正负极材料、电解液添加剂、隔膜等材料，以及电芯结构、充电方法、热管理系统等方面均有建树。其中，华为自2014年便聚焦硅碳负极及固态电解质等技术，小米公司则在2023年开始涉足柔性电池技术领域。而 OPPO、荣耀等智能手机厂商的相关利布局重点则集中于充电策略优化、壳体创新制造、安全检测技术等细分方向，形成差异化竞争。
当前，随着国内新能源产业生态成熟、研发投入持续加码，国内产业已在电池领域建立专利“护城河”。未来，随着硅碳负极性能优化与固态电池商业化，国内企业有望通过“材料-结构-系统”全链条专利布局，在全球锂电池竞争中实现“领跑”。笔者建议，国内智能手机厂商应主动寻求与电池上游企业及高校展开深度合作，系统性布局电池产业链上中下游产品，从电池材料研发、制作工艺创新到产品终端应用，构建知识产权保护体系，稳固市场领先地位。（颜鹏 作者单位：国家知识产权局专利局电学发明审查部）
（编辑：刘珊）