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电池性能hold不住了:关于手机锂电池续航,大家正在一起想办法
2018月11月06日 发布 分类:行业要闻 点击量:205
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要说当代人最重要的工具设备,相信手机绝对可以占下第一的宝座。而除了手机外,诸如智能手环、智能戒指、电子阅读器等移动设备也是大行其道。但能使它们离开电源的主要部件——锂离子电池,很不幸到目前为止仍是整个设备中最为拖后腿的部分。

 

续航:每个手机党的痛

 

手机换代了,续航却没有提升

根据《华盛顿邮报》报道,科技测评员Geoffery Fowler对多款机型进行了一系列的电池续航测试,如以相同的屏幕亮度加载同样的网站等。测试结果发现新款智能机的续航非但没有得到提升,甚至较旧设备还有所倒退。

 

iPhone XS 为例,其测试成绩比上一代 iPhone X 短了21分钟;

Android方面,谷歌“亲儿子”Pixel 3 的续航更是比 Pixel 2 短了一个半小时。

 

续航倒退的原因,主要是由于新技术的出现,如高分辨率 OLED 屏幕等使手机对能源的需求有所增大,但电池电量的进步却不足以支撑所导致的。硅谷的一家电池优化技术公司Qnovo的首席执行官Nadim Maluf称:“电池技术改进的速度非常慢,每年仅有5%左右的改进,但手机耗电量的涨幅却超过5%。

 

正极材料能不能“拉住”跌下去的电量?

不想续航继续“跌”下去,就得提升电池的性能。虽然在比能量提升方面,隔膜、电解液都很重要,但是目前的技术水平,电池正极是限制比容量的关键因素


因此在3C领域,具有高比容量的的钴酸锂电池一直是行业中“轻薄”的首选。虽然近几年由于三元材料的进入被抢占了一定的市场份额(主要是笔记本),但是在超薄手机pad等领域,虽然仅在部分中低端机型上有所应用,但由于压实密度目前仍比不上钴酸锂,所以暂时无法实现完全替代。

 

部分3C产品的锂电池使用状况

 

但话虽如此,有观点认为三元材料仍然是3C产品电池市场的强有力的竞争者。本质上,三元材料拥有与钴酸锂材料一致的晶体结构,且比容量指标比钴酸锂还高。但是主流生产工艺产出的三元材料颗粒多为细小单晶的二次团聚体(下图a),空隙很多,与单晶很大的一次颗粒钴酸锂相比,压实密度比较小,限制了电池能量密度的提升,因此输了一筹。

 

不同合成技术制备的镍钴锰酸锂三元材料 SEM 图

 

不过若能通过技术手段将三元材料制成类似钴酸锂的单晶颗粒,那它在这方面的短板将能得以弥补。虽然目前通过采用新型前驱体制备工艺和三维自由烧结技术,确实能合成出类似钴酸锂的微米级一次单晶颗粒(图b),但该工艺目前在工业生产上似乎还不够成熟。

 

换个思路:负极材料

正极材料那边进展似乎有点缓慢,那负极材料呢?在有望增进电池性能的负极材料中,石墨烯(graphene)无疑最具代表性。石墨烯导电性比金属铜佳,且重量轻、表面积大,是发展大容量电池理想材料,其同时又兼具强度与可挠性。

 

 

2016年,华为曾宣布已经在锂离子电池领域实现重大研究突破,将会推出业界首个高温长寿命石墨烯基锂离子电池。而今年华为官方更是爆料,年底推出的荣耀Magic 2代将有两大突破之处,分别是屏占比突破95%的技术和石墨烯技术。据称,华为的石墨烯电池在使用寿命是同款3000mAh锂电池两倍的情况下,只需要12分钟便能充满90%的电。但是现在实物还没呈出,是真是假大家也只能拭目以待了。

 

总结

为了提高手机的续航能力,业界各个厂家都是绞尽脑汁。但是手机电池要取得突破,显然还有很长一段路要走。在短期,最为有效的仍是降低硬件功耗、缩短充电时间等办法,来满足用户对手机电池不断增长的要求。

 

像上文中续航测试结果最为理想的,采用 LCD 屏幕(而不是 OLED)的iPhone XR,便是通过缩小屏幕尺寸、降低分辨率、亮度、以及色彩质量来极大地延长电池续航。同时,尽管大屏设备相对更加耗电,但由于它能塞下更多的电池空间,反而能够抵消这方面的劣势。

 

另外,高电压是目前提高数码类电芯能量密度最现实可行的途径之一。随着下游需求的提升,4.4V、4.45V的钴酸锂产品正逐步进入主流,业内人士认为,目前4.45V钴酸锂尤如去年三元材料中的811,国内只有极个别电池厂少量采购,而明后年它将成为市场主流。

 

资料来源:

镍钴锰酸锂三元正极材料的研究与应用,孙玉城。

ofweek.com;pconline.com.cn;

 

粉体圈 作者:河西


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