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手机电池的大容量问题究竟能不能解决?

2016年09月01日47

手机电池容量

iPhone7在9月份马上就要上线,从目前的路透消息来看,除了增加了新的色系,内存从32G起外,iPhone7的电池容量将扩容12.5%也成为一大亮点,续航能力得到了提升。而这次iPhone7的电池容量的调整被当做是最大的变化也暴露了智能手机的一个短板——电池技术。现在的智能移动产品迭代加速,屏幕、主板和计算速度每次迭代都有一定的惊喜,唯独手机电池技术更新缓慢,迟迟没有大的突破,导致智能手机不管如何迭代都面临续航问题。

虽然目前消费者愿意一天一充电或者一天多次充电,但是随着技术更新,智能手机承载的计算需求和其他创新功能需求会越来越快的损耗电量,要是手机电池技术不能突破,很可能成为制约手机和移动产品发展的主要因素,而这样的一天相信很快就会来到。

那么,手机电池这个问题究竟能不能在这天来到之前找到突破呢?

在回答这个问题之前,我们先来看看手机电池的发展历史,以及为什么现在它的发展会遇到瓶颈。

上个世纪90年代,手机中应用最普遍的就是镍镉电池,它是最早应用到手机的电池种类,使用寿命比较长,而且用的时候限制条件少,长期储存之后还能正常充电,充电的速度也很快,快速充电满充时间只需要1个多小时。

但是这种电池有一个大缺点。相信不少朋友还记得当年有一则针对手机电池保养的忠告,说的是新的手机到手之后,需要释放所有电量之后再充电,前3次充电最好要充12个小时以上。这个电池保养方式就是专门针对镍镉电池的。

因为它在在充放电过程中如果处理不当,会出现严重的“记忆效应”,如果不放完电再充的话会,充电过程中会在电池极板上产生些许的小气泡,日积月累时间长了,气泡会减少电池极板的面积,直接影响电池容量,导致电池寿命快速减少。因此一般需要用到最后一滴电才开始充电。

而且镉是有毒的,因而镍镉电池不利于生态环境的保护。因为这些缺点,在更环保和稳定的锂电池被发明出来之后,很快它的地位就被取代了。

百度百科里面是这样定义锂电池的,这是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。锂电池能量密度大,工作温度范围更宽,可以快速充放电,使用寿命也长,还被称为绿色电池,并不含有毒有害物质,靠着这些优点把前辈镍镉电池基本淘汰出了数码设备电池的应用范围。而且按照麻省理工科技评论上的观点,时至今日我们还没有使用上比已有40年历史的锂离子电池更优秀能量存储设备。没有一种新型的电池能够取代它。

锂电池大致分为两类:锂金属电池和锂离子电池。目前使用的比较多的是锂离子电池,锂金属电池因为对工艺要求比较高,现在只有少数几个公司能够生产。锂离子电池中的聚合物锂离子电池还被誉为是“21世纪的电池”。但是这个“21世纪的电池”存在一个很大的缺点,就是容量有限。

智能手机厂商们针对这个问题,现在主要有两个方向的解决方式,一种就是在充电方式上做文章,一种就是想办法增加电池的容量。

第一种方式,在充电上做文章的,除了之前风靡一时几乎是智能手机标配的移动充电宝之外,还有在快充技术、无线充电技术上的突破。从2014年开始,各厂商就不断的推出快充技术。比较具有代表性的技术有高通的QuickCharge2.0,联发科技的Pump Express,还有OPPOVOOC。大家耳熟能详的OPPO的充电5分钟,通话2小时就是主打快充技术作为亮眼卖点,来推手机。苹果还被传说会让iPhone配置长距离无线充电。

第二种方式,通过不停的技术突破去扩大电池的物理容量。华为、三星和苹果都一直在推进中。但是这块目前进展缓慢。目前可以投入生产的,石墨稀电池算是一种,但是它的基本原理也就是把原本做电极的石墨换成石墨烯,来增大锂离子的容纳量。

去年3月,我国就推出了全球首批石墨烯量产手机影驰“SETTLERα(开拓者α)”。工信部也同时表态,将出台石墨烯专项行动计划,对石墨烯产业重点扶持,石墨烯产业化进程将加快。预计未来5年到10年全球石墨烯产业化规模将超过1000亿元。

但是石墨稀电池这个方向也存在一个问题,就是价格很贵。石墨烯应用到锂电池中,主要在两个地方起到作用,一个是一是导电剂,二是可能做电极嵌锂材料。和传统的论吨卖的导电碳和石墨相比,论克卖的石墨烯的价格可以说是昂贵。要是真的广泛应用到手机电池中,那么手机的造价光电池就要大幅上涨;而且石墨烯在量化生产方面也存在一定的技术难度,对于动不动就是几千万出货量的手机厂商来说,换用石墨烯电池不现实。所以我们也可以看到,像是三星,松下,LG等企业,关于石墨烯的专利大多数是布局在柔性器件半导体显示屏等方面,在电池方面的专利只占少数。

但是我们需要超大容量的手机电池,而且这种电池是可以快速充放电并且能够便携小巧的,保存时间足够长,寿命足够长,可靠性足够高,成本足够低,效率足够高,带来的额外比如环境等影响足够小,还要能够大量生产,要满足如此多的条件难度太大。

即使是公认在技术突破方面一流的美国能源部替代能源高级研究计划所支持的项目,到现在也没有做到。他们支持的75个以上的能量存储方面的研究项目虽然取得了一系列的研究进展,但是在制造低成本、结构小巧简洁的储能设备方面,陷入了困境。这也是这么多年以来没有一个新型电池能够取代锂电池的原因。

根据媒体报道,大多数的研究人员都相信,想要使得能源存储得到实质性的进展,必须要采用一种全新的化学和物理的形式。目前也有这方面的创新尝试,像是泡沫电池系统、流体电池系统再到外来化学品系统,但是这些电池技术没有一个能够脱颖而出。

所以目前比较靠谱的技术突破方向,仍然是基于目前的锂电池技术,进行改进。世界三大电池制造商三星、LG以及松下公司也都是这个思路。相比较投资推出一种完全新型的化学物质以及自由基电池技术,三大电池制造商更倾向于对其原有产品进行改善方面的投资。

而且不少公司也在做电池方面的跨界投资。戴森公司曾在去年以9000万美金收购固态电池企业Sakti3,戴森本人更是在这笔投资中提到他将会投资近10亿美元去大批量生产固态电池。而且,技术许可下,全固态电池可以经过进一步的优化,变成柔性电池,走向轻薄化,这也是未来手机电池的发展方向。不过全固态电池仍然在研发阶段,还没有进入市场。

所以,遗憾的是,目前来看,锂电池还会继续在手机电池界扮演主角,即使近期有迭代,也是在现有锂电池的基础上进行改进。