电池是瓶颈?详解智能手机电池发展趋势

2014-08-26 13:04:52来源: IT168.com
   其实笔者写文章的时候,最喜欢的一句开头语就是:在智能手机飞速发展的今天此处省略一万字。不可否认,智能手机硬件软件发展速度真的是呈几何级数曲 线增长的。但即使是飞速发展,我们对智能手机还是有着这样或者那样的不满意,到底是什么制约了智能手机,什么又是智能手机木桶效应的那个短板呢?今天我们 就来探讨下关于智能手机一个老生常谈的问题——电池。有人说智能手机电池已经到达瓶颈,很难有大的突破了,是这样么?要想要智能手机电池续航有所突破需要在电池工业上有哪些改进,又需要在软件算法上有何优化呢?时下什么智能手机采用了高端节电技术呢?这将是本文和大家一同探讨的问题。

电池是瓶颈?详解智能手机电池发展趋势

  其实智能手机发展进入瓶颈这是一个老生常谈的话题。但如果我们仔细想想,什么样的论据支持我们这一基本上算是达成了的论点呢?我们一时又很难说明。在这篇文章前面,笔者通过一个实验来看看究竟这几年来智能手机电池发展速度如何?其实实验的原理十分简单。通过比较2005年至今的手机电池比容量(比容量又称克容量,指每克电池含有的电量),就能够简单直观的看出05年至今手机电池的发展速度了。

  在做这个实验之前,我们先来给大家简单介绍一些日常手机电池我们遇到的一些名词,有助于我们更准确的了解智能手机、充电宝等数码产品电池。

电池是瓶颈?详解智能手机电池发展趋势

  mAh:mAh毫安时可以说是我们在智能手机电池中最常见的参数。智能手机厂家也在发布会上说我们采用了3000mAh超大容量电池云云。其实mAh并不是一个能量单位,也就是说一块电池能有多大电量用mAh来表达并不准确。mAh 是代表电池中释放为外部电子使用的电子总数,和物理上的库伦是等价的。1mAh等于3.6库伦电子。手机多采用mAh作为电池计量单位原因在于计量方便。 例如3000mAh电池就能够维持300mA持续电流下,手机工作10小时。但请记住,mAh不是电池的能量单位。

电池是瓶颈?详解智能手机电池发展趋势

  工作电压:手机电池上,我们经常见的除了mAh以外,还有工作电压一说。我们常见的说法是这块电池是3.7V 1000mAh电池,或者3.8V 3000mAh电池等。这个电压其实是一个平均值。大致意思是电池工作电压的平均值,或者可以理解为电池正常工作时间最长的电压。通 常我们可以看到手机电池有一个充电电压和一个工作电压。理论上这两个值越大越好。原因在于智能手机运转时,是需要电池维持在3.6V以上。当电池电压讲到 3.6V以下时,手机大部分功能就不能使用了,进入关机状态。仅有一小部分功能能在关机下利用3.6V以下电压进行工作。如果电池工作电压越大,也就意味 着电池能工作的时间越长。而充电电压则是电池充满后不能超过的电压。如果超过这一电压,有可能发生危险。

电池是瓶颈?详解智能手机电池发展趋势

  Wh:Wh是电池的一个最准确的能量单位, 其实很多大型电池都采用了Wh代表电池容量。其实就连笔记本电池也更多的采用了这一容量单位。Wh是毫安时和工作电压乘积而来。例如一块1000mAh电 池工作电压为3.7V,则这款电池容量为3.7Wh。而我们前面所说的比容量(或者成为克容量、能量密度)则是电池每一克含有的Wh数。

  简单介绍了mAh、工作电压、充电电压、Wh之间的关系,也知道了Wh是最能体现一款手机电池容量的核心参数,接下来我们通过对2005年到2014年手机电池的测试来看看这9年间电池发展是否为一个瓶颈。

电池是瓶颈?详解智能手机电池发展趋势

  通过测试,我们得到了这样的一张大概为波浪的图片。并不像我们之前想象的始终小幅上升,反而是有时急速上升,有时反倒下降的表格。其实这里面原因有很多,首先笔者样本量不足肯定是导致这一现象发生的最主要原因。但这幅图中也蕴含着这10年来智能手机发展的几个阶段。我们这一部分先简单向大家解读一下。

  首先05年到07年,手机电池能量密度有了一个巨大的飞跃,增幅大概为40%,主要原因是这期间智能手机电池从普通液态锂电池转变为锂离子聚合物电池。经历了07、08、09、10年的小幅上涨后,智能手机电池容量在11、12年两年不增反降这其中有两个原因:1.在手机电池做大之后,厂商更加关注手机电池的安全性,在硬壳防护上做了很大改进,导致手机电池重量上升。2.随着互联网品牌等更多品牌的加入,智能手机电池质量开始出现参差不齐的现象。最后我们看到13、14年,智能手机电池比容量达到目前的顶峰。原因也是两方面的:1.越来越多的厂商开始做内置电池,在保证安全的情况下省去了硬壳包装。2.电池技术从12年到14年间有了很大进步,高端智能机电池工作电压普遍从3.7V升至3.8V。

  其实我们可以看到,从05年到14年十年间,智能手机电池基本上做到了100%的能量密度提升,平均每年7.2%的增长率,按说这一数字如果换算成GDP增长率,那可真算得上是10年腾飞之路了。但怎奈何CPU主频增长率1500%,摄像头像素增长率5000%,其实并不是电池发展遇到瓶颈,而是其他硬件产业发展是在太迅猛了。在大环境的映衬下,显得智能手机电池发展速度太慢了。也难怪大家都吐槽电池不给力。举个例子十年前两个人每个月都挣100块。十年后一个人挣200块,一个人挣5000块,显然200块那主儿是被吐槽的一方啊。那究竟智能手机电池还能不能迎来飞跃?怎么才能解决智能手机续航不给力的现状呢?我们通过开源和节流两方面来向大家简单分析下。

  智能手机电池如何开源?

  智能手机电池资源跟所有短缺资源相同,都需要开源节流。在我们介绍目前手机电池“开源”创新方面,我们先来看看时下智能手机电池的现状。前面我们也说道了液态锂离子电池和锂离子聚合物电池,两者之间有何差别呢?

智能手机电池如何开源?

  提到智能手机电池故障,我们首先想到的往往是鼓包、爆炸等词语。其实电池鼓包、爆炸等都是液态锂离子电池的代名词。手机发展到今天,绝大多数厂商已经开 始使用锂离子聚合物电池。锂离子聚合物电池和液态锂离子电池最大的不同就在于电解质形态不同。液态锂离子电池采用液态物体作为电解质液,最具代表性的就是 我们常说的18650电池,液态锂离子电池尤其自身的优点:历史悠久、价格低廉、安全系数不错。这也是为神马目前小到例如小米电源,大到例如特斯拉汽车都 在使用18650电池作为能源。但由于保护电解质液通常需要使用金属外壳,如果密封不好的话会出现漏液,如果过冲(充电电压过大)的话会出现电池鼓包或者爆炸的现象,时下越来越多的智能手机开始使用锂离子聚合物电池。

智能手机电池如何开源?

  锂离子聚合物电池相对于液态锂离子电池最大的区别在于其使用了固态或胶状物体作为电解质。安全系数更高。在出现过冲的情况下,固态或胶状物体会出现气化的现象,更为严重的会出现燃烧,基本不会爆炸。而我们时下常见的手机爆炸新闻通常是由于锂离子聚合物电池出现过冲自燃后引发手机内部芯片爆炸或手机自燃。并不是我们脑海中的手机电池爆炸。并且锂离子聚合物电池相对于液态锂离子电池也有明显的优势:工作电压高、能量密度大、自然放电小、重复使用寿命长、没有记忆效应、内阻小、形状可定制、保护电路板设计简单等。但同样带来的问题就是成本较高。

智能手机电池如何开源?
特斯拉使用的松下18650电池

  了解了锂离子聚合物电池和液态锂离子电池后,我们来看看时下主流的电池构成是怎么样的。时下主流的锂电池基本上分为钴酸锂离子电池、锰酸锂离子电池、磷 酸铁锂离子电池、三元电池等等。其中每一类电池各有优劣。其中钴酸锂离子电池能量密度最大,所以目前智能手机电池全部采用钴酸锂离子电池。其他锂离子电池 各有优劣,例如最新的特斯拉汽车就开始使用三元锂离子电池替代了钴酸锂离子电池。

智能手机电池如何开源?
钴酸锂的微观形态

  锂作为最活泼的金属元素,活泼型仅次于氢,显然是做电池的最佳选择,但由于其过于活泼,本身不稳定且十分不安全,人们就想到了利用钴酸、锰酸、磷酸铁等 和锂结合作为电池正极,用石墨作为负极打造电池。前面我们说到钴酸锂离子电池能量密度最大,虽然有着相比于其他锂离子电池不太安全、工作电压不高等缺点, 但对于智能手机这种小型、需要单块电池的设备来讲还是最佳的选择。前面我们说到了开源,如何对现有电池技术进行开源呢?

智能手机电池如何开源?
采用三维纳米网格技术正极增加钴酸锂密度

方法一:提升钴酸锂密度。提升钴酸锂密度,放电电子增多,库伦数/mAh增大是解决电池容量不足的一个方法。当然我们谈论的是在一定体积下增大密度。随着技术的革新,钴酸锂离子电池正极密度越来越大。而目前科学家正在考虑利用纳米网状层来进行钴酸锂离子电池正极的从新分配,从而更大限度的合理利用正极的安全空间。目 前实验表明,该项技术能够使电池容量成倍增加。但需要注意的是,目前该项技术仅仅是实验当中,想想处理器刚刚跨进20nm,将纳米技术应用在民用级手机电 池正极,还得些年头。并且我们知道钴酸锂是有其物理密度的,提升钴酸锂密度的方

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关键字:智能手机  电池

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/2014/0826/article_36330.html
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