鋰電池技術(shù)難以突破，到底為何？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-03-14 10:14
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9月13日凌晨，蘋(píng)果一口氣推出了三款iPhone手機(jī)。包括iPhone XS、iPhone XS MAX和iPhone XR在內(nèi)的三款新機(jī)型。與以往的幾代手機(jī)相比，這些最新的智能設(shè)備的性能，處理器和圖形芯片的性能又有了新的突破。然而，蘋(píng)果和其他手機(jī)廠商也在發(fā)布會(huì)上提到的一個(gè)組成部分已經(jīng)多年沒(méi)有改變，即鋰電池。無(wú)論是智能手機(jī)，平板電腦，或是這些年非常熱的特斯拉電動(dòng)汽車(chē)，用于各種電子設(shè)備的鋰電池技術(shù)仍然是由索尼在1991發(fā)布了第一個(gè)商用鋰離子電池并沒(méi)有根本上的不同。
在過(guò)去的幾十年里，人們也有了一定的創(chuàng)新，世界各地的研究者們從未放棄對(duì)開(kāi)發(fā)新的電池技術(shù)。2017，取得了一系列突破性進(jìn)展。從充電效率、電池容量、散熱，傳統(tǒng)鋰電池也表現(xiàn)的更好。許多新的電池技術(shù)似乎已經(jīng)出現(xiàn)商業(yè)曙光。
但直到現(xiàn)在，電池的壽命仍然是很難滿足的，電池技術(shù)仍然是在所有的電子設(shè)備發(fā)展的最大瓶頸，從產(chǎn)業(yè)的角度來(lái)看，電池技術(shù)仍然是一個(gè)革命性的突破，一個(gè)很長(zhǎng)的路。.
為什么電池技術(shù)難以取得革命性突破？作為主力的鋰離子電池有什么問(wèn)題？
鋰的原子數(shù)為3，這意味著它有三個(gè)質(zhì)子和堿金屬中最輕的元素，這使得移動(dòng)電池正電極的制備最適合的材料。當(dāng)然，除了鋰電池，鋰電池，包括其他金屬和非金屬如磷酸鐵、錳、石墨材料和鈦酸鹽。與早期的鎳電池相比，鋰電池更小、更輕，并且具有更高的能量密度。他們?cè)诓坏?5年的時(shí)間里取代了鎳電池，成為了主流的電子設(shè)備電池技術(shù)。
但也有很多問(wèn)題，最重要的是“發(fā)燒”問(wèn)題。在鋰電池的充放電過(guò)程中，在高密度空間內(nèi)產(chǎn)生大量的熱量。
對(duì)于智能手機(jī)等小型電子設(shè)備來(lái)說(shuō)，由于容量的限制，發(fā)熱的問(wèn)題也不算太大。手機(jī)內(nèi)部的熱傳導(dǎo)設(shè)計(jì)基本上可以解決散熱問(wèn)題，但對(duì)于特斯拉電動(dòng)汽車(chē)，底盤(pán)有著數(shù)以千計(jì)。有鋰電池的大家伙必須采取適當(dāng)?shù)睦鋮s措施。
這就是為什么幾乎所有的電動(dòng)或混合動(dòng)力汽車(chē)的鋰電池有巨大的液體冷卻設(shè)備，但即使如此，一些電動(dòng)車(chē)電池爆炸還是時(shí)有發(fā)生。鋰電池中的鋰離子的量是固定的，如果要達(dá)到一個(gè)更長(zhǎng)的電池壽命，你必須增加電池的數(shù)量，但這意味著更重的設(shè)備，更大的產(chǎn)生的熱量，和較高的過(guò)熱的可能性。如果你想更安全或更便攜，你必須犧牲電池?cái)?shù)量和使用時(shí)間。
那么有人就有疑惑：科技這么發(fā)達(dá)，為什么就不能造出更高容量的電池，那么就不用每天去給手機(jī)充電了？
其實(shí)這可能是一種錯(cuò)覺(jué)，電池技術(shù)并非是停滯不前，而是在時(shí)刻更新著，從幾年前的諾基亞到今天的安卓手機(jī)，硬件的提升，屏幕的變大，所消耗的電量也是成倍增加的。以前的諾基亞可以待機(jī)兩天，今天的手機(jī)同樣可以做到?？紤]到耗電的增加，還能維持同樣的使用時(shí)間，電池技術(shù)肯定是在不斷提升的，只不過(guò)在這種技術(shù)上確實(shí)沒(méi)有大的跨越。
2008年發(fā)售的諾基亞N85電池是1200mAh
2018年發(fā)售的蘋(píng)果iPhone XS/Max是3174mAh
可以看到，今年的新款手機(jī)對(duì)比十年前的手機(jī)，電池容量只增長(zhǎng)了1倍多而已。
與電池技術(shù)形成反差的是，十年來(lái)其他數(shù)碼電子設(shè)備的運(yùn)行內(nèi)存和cpu則今夕不同往日了，畢竟半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)步是非?？斓?。
以處理器（cpu）行業(yè)為例，英特爾公司的電腦處理器經(jīng)常被網(wǎng)友戲稱(chēng)“擠牙膏”，因?yàn)槠涮幚砥髅看胃聯(lián)Q代對(duì)僅對(duì)性能進(jìn)行小幅度的提升，小編倒是為英特爾鳴不平，因?yàn)閷?duì)比各種智能設(shè)備的電池來(lái)說(shuō)，英特爾真的算是厚道了。
盡管英特爾處理器性能每代提升不算大，但是多年來(lái)能效、工藝還是有長(zhǎng)足進(jìn)步的，如果說(shuō)英特爾一直在吃老本，那可真是冤枉這家處理器廠商了。如今的四核奔騰處理器TDP功耗低至10W（以Pentium Sliver J5005），但是經(jīng)過(guò)性能評(píng)測(cè)后，發(fā)現(xiàn)已經(jīng)超過(guò)了10年前的Quad Q6600處理器了，后者TDP功耗105W，也就是僅用了10%的能耗性能就打平了。
類(lèi)似的還有內(nèi)存產(chǎn)品，還記得當(dāng)年256MB都可以很流暢運(yùn)行Windows xp嗎，如今連手機(jī)的運(yùn)行內(nèi)存都是4GB起步了，而且當(dāng)時(shí)的內(nèi)存頻率和能效也是遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上今天的。
鋰電池技術(shù)性能的瓶頸，不僅影響了手機(jī)，筆記本電腦的續(xù)航能力，在電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)可能是更為明顯。
以上是續(xù)航排名靠前的幾款電動(dòng)車(chē)?yán)m(xù)航對(duì)比，可以看到，即使像特斯拉這樣的行業(yè)大佬，續(xù)航里程也不過(guò)幾百公里，電池技術(shù)的制約是毋庸置疑的。其實(shí)電動(dòng)汽車(chē)未達(dá)到完全普及的程度，電池可以說(shuō)是很大的一個(gè)原因，制造成本下不來(lái)，容量也上不去，這導(dǎo)致買(mǎi)車(chē)，充電都是一件頭疼的事。
為什么電池技術(shù)提升這么難呢？
是研發(fā)者和廠家沒(méi)有改善的動(dòng)力嗎？這個(gè)應(yīng)該不太可能，如今這個(gè)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，行業(yè)大鱷們都渴求更高性能的電池，如果誰(shuí)有能力突破此項(xiàng)技術(shù)，利潤(rùn)回報(bào)無(wú)疑是巨大的。之所以提升很難，可能受制于材料的限制，畢竟鋰電池的制造，受到能量密度和鋰元素本身的限制，所以始終無(wú)法大的跨越。
