手机锂电池是时候寻找真正的技术了

2018-12-03      1163 次浏览

消费级市场(笔记本、手机、MP3等)作为锂离子电池(下称锂电池)最早的“东家”,为锂电池的推广做出了巨大的贡献。今天,智能手机大行其道,电池再一次成为了制约智能手机发展的关键因素之一。


对于电池技术的描述,一般有质量比能量和体积比能量两种说法:1质量比能量,就是单位质量下电池所携带的能量的多少,比如电动车、电动汽车市场对于电池的理解,多是以单位质量比能量去描述的。2体积比能量,一般指电池单位体积下所承载的能量值。目前主流手机电池的容量在2000~3500mAH,这样的容量的电池,其质量往往只有几十克,所以在移动消费级市场中,更关心的是电池的体积大小。


目前的科技发展来看,手机芯片可以轻轻松松的做的更小,就摩尔定律简单来说,就是每隔几年晶体管都会变得更小,让芯片能够容纳更多,从而提高处理能力。但电池领域却不是这样。“在微处理器领域,一切都只为了把东西做得更小。但到了锂离子电池,如果你想提高能量密度,换句话说就是增加手机的续航时间,那你就必须要从根本上改变电池里的材料。”这当然不会是“那就换材料呗”那么简单,因为内部材料组成的平衡哪怕有一点不对都可能会导致严重的问题。


三星GalaxyNote7的爆炸事件震惊了整个业界,这也让人们在研究时变得更加小心翼翼,更重视每一步的测试。业内人士透露说此前许多厂商都开始抱有侥幸心理,想要强行推进电池能量密度的增长。三星电池事件是一个警醒,迫使所有人的节奏都慢了下来——当然了,注意安全肯定是一件好事。


回顾十年手机电池的发展,大概可以分为三个阶段。


第一个阶段,锂离子聚合物电池的兴起。


传统的锂离子电池使用的是普通液态锂电解质,但缺点是体积大,电能转化率低。像老一代大块头摩托罗拉,电池大小就占手机厚度的二分之一,虽说那时候的手机待机两三天也没问题,但那时候的手机是1.4英寸的灰度屏幕,才96×65像素点。在2005年以后,聚合物电解质的锂离子电池开始崭露头角。相对于之前的液态锂离子电池来说,聚合物锂离子电池除了在电化学特性上更有优势外,更重要的,是塑型更加灵活,能让电池做的更薄,体积利用率更高。


第二个阶段,手机电池的稳定期。


2010年以前,尤其是2007年以前,锂离子聚合物电池的兴起让手机电池容量有了长足的提高。但是随着技术的成熟,电池比能量提高的速度开始减缓。更重要的是,随着电池能量的加大,安全问题开始浮现在我们眼前。很多厂家开始着眼于提高电池的安全性指标,在电池的外壳防护上下了一些功夫。虽然不能提升电池的能量密度,但是在长期发展来看,还是必要的。因为能量密度增加,出现问题的损失也会越大。


第三个阶段,手机电池的第二次能量密度提升。


到2013年以后,手机电池开始有一次的提升了能量密度。这里面有材料的原因,电池厂家通过改善工艺,提高了材料的压实密度,或通过其他的手段,让电池的容量有了进步。同时,继iphone之后,市场上手机电池变得不可拆卸。通过电池和手机的“一体化”,省去了原来电池的硬壳保护,提升了电池的能量密度,或者根据电池结构,开发异型电池等。除此以外,更直接的一种方法,是提高电池的电压。普遍的,通过将电压平台提高0.1V左右,提高电池的能量。目前,主流的手机电池能量密度保持在600Wh/L左右,有些厂家的产品会稍微高一些,比如小米手机,电池能量密度在620Wh/L以上,但受限于技术电池的能量密度也是有临界点的。曾有报道说,当能量密度达到700Wh/L的时候,可能使电池的可充分循环寿命小于300次,爆炸的隐患大大增加。


第四个阶段,手机电池的新探索


三星近日展示了最新型电池原型,不仅使可穿戴设备续航能力更强大,薄薄的,还能够弯曲以配合人体轮廓,该电池厚度仅有3mm,三星表示该电池将应用于可穿戴设备上,包括VR设备、智能眼镜、智能手表,手环、项链等等,它们还表示该电池的能量密度会比一般的电池更大。


作为全球领先的智能手机电池供应商,松下也发布了一种全新的柔性可弯曲锂电池技术。这种电池由于厚度只有0.55毫米,这种电池可以进行反复的弯曲和扭曲,而在充电和放电性质上,没有受到任何影响。松下表示,这种新的电池技术使用了最新的叠层技术,因此就算反复折叠和弯曲也不会引起泄漏或者温度异常升高。因此在安全性上很有保障。该新产品的超薄特性可以使用在各种卡片或者曲面的可穿戴设备上。不过让人遗憾的是,目前松下的这种电池技术最高而定容量只有60mAh而已,因此似乎无法被使用在智能手机上,但也给我们未来电池设计方面带来不小的突破。


在国外美国加州大学的研究人员声称一种新的电池制造技术将使电池寿命比当前提升400倍。这一新技术利用了纳米线材料可使电池充放电可到数千次,也使得电池结构很小,导电性更强。他们将黄金纳米线封装在氧化锰外壳中,并将其置入电解液。为了测试这一新发明,该团队在3个月时间里进行了20万次充放电循环,并未发现材料出现裂缝,或是电池容量下降。这一新发现将给电脑、家电、智能手机、汽车,甚至太空飞船中的电池带来帮助,极大地延长这些设备中电池的寿命。


电池革新前进的每一小步,都是技术发展的一大步。然而人们等了那么多年,等来的提升和时间似乎并不相符。电池技术的真正突破,依旧是人们在追逐一个不可能的梦。

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