手機(jī)發(fā)展得那么快 為什么電池技術(shù)停滯不前？看完解釋恍然大悟了嗎？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-01 13:52
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現(xiàn)在，出門帶手機(jī)，充電寶是標(biāo)配。大家感覺手機(jī)電池越來越不耐用了。所以，有人一直疑問：那為什么電池技術(shù)好像一直停滯不前呢？
今天老張就來和大家來聊一聊這個話題。
發(fā)展速度趕不上消耗
十年前，手機(jī)發(fā)展的方向是小型化，主打的目標(biāo)是“超長待機(jī)”，記得波導(dǎo)、海爾等手機(jī)都做到了待機(jī)15天甚至20天的記錄。這個在現(xiàn)在是不敢想象的。但是，那時候鋰電池容量比現(xiàn)在小得多！10年前的聯(lián)想樂phone，電池容量1500ma?，F(xiàn)在都是3000以上了。就算是360手機(jī)5000毫安電池。其大小也與十年前1500ma相差不大。也就是說，電池進(jìn)步了3倍。超長待機(jī)的原因主要是十年前手機(jī)用的是小的黑白屏，對手機(jī)電池的要求不大。
現(xiàn)在手機(jī)是5寸以上的大彩屏，網(wǎng)絡(luò)實(shí)時在線、微信等社交通訊功能都十分耗電，手機(jī)電量自然就顯得不足了。
此外，CPU等主要芯片的性能不斷提升，也是以電能消耗為代價的。至少是最近40年來，芯片基本是以18個月翻一番的超高速度在進(jìn)步。放眼整個人類歷史，也沒有什么東西能夠持續(xù)以這么高的速度提升這么長時間。電子計(jì)算機(jī)從最初的5000次/秒到現(xiàn)在太湖之光12.5億億次/秒。
其實(shí)電池技術(shù)一直在不斷發(fā)展。
1、以使用量最大的鋰電池18650圓柱形電池為例，大概10年前最大容量僅為2.6Ah?，F(xiàn)在已經(jīng)有3.6Ah容量的了，這40%的提升，是革命性的。
2、鋰電池的發(fā)展經(jīng)歷了滿電電壓4.10V、4.20V、4.35V三個階段，也就是最近20年的事情。伴隨著滿電電壓的提高，實(shí)際上是材料改變帶來的技術(shù)進(jìn)步造成的。
3、手機(jī)之所以不能太薄，就是因?yàn)殡姵叵拗屏恕，F(xiàn)在電池越來越薄，說明在同樣容量下電池的密度越來越大，電池的電量越來越大，這也是技術(shù)的提升。
電池技術(shù)缺乏革命性改變
電池從最早的干電池到堿性電池，帶來了大電流放電的可能性；汽車用電池從鉛酸蓄電池到鉛鈣免維護(hù)電池，帶來的是使用的便利；可充電微型電池從鎳氫電池到鋰電池，帶來的是維護(hù)方便和效率提升。
目前，雖然一直致力于鋰電池的性能提升，但是可提升空間已經(jīng)不大，人們對其也放棄了繼續(xù)大幅度提升的念頭，在其他領(lǐng)域繼續(xù)做文章。比如備受矚目的石墨烯電池、超級電容器、核電池等等。雖然在負(fù)極材料方面，石墨烯取得突破性進(jìn)展，但是無法商業(yè)化，因?yàn)槭┨F了。
另辟蹊徑提升使用感受
雖然近幾年電池的容量暫時沒有革命性的改變，但是充電技術(shù)大家還是可以期待的，從過去的5V500mA充電到2A充電，再到9V充電、4.5V5A充電，這些快充領(lǐng)域的進(jìn)步，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了半個小時就能充滿電，其實(shí)也是另辟蹊徑變相增加了手機(jī)續(xù)航能力呢！
汽車電動化的速度在近幾年內(nèi)發(fā)展的飛快！回想起十幾年前，電動車當(dāng)時候還只是天馬行空的想法，而到了現(xiàn)在，全球汽車市場上已經(jīng)有幾十款不同的混合動力『Hybrid』、插電混合動力『Plug-in Hybrid』以及電動車能夠讓消費(fèi)者選擇購買。
就連法拉利、保時捷、邁凱倫以及柯尼塞格這些高端品牌的旗艦車型都已經(jīng)是混合動力，再加上特斯拉推出性能強(qiáng)大的電動車型之下，曾幾何時，電動車型已經(jīng)不再是以環(huán)保為目的，也開始和性能、速度掛鉤。
汽車電動化的關(guān)鍵，在于電池科技的進(jìn)步。在近十年間，由于越來越多汽車制造商和相關(guān)領(lǐng)域的車廠加入資金研發(fā)，電池的效能、重量、體積等各方面都有了大幅改善。但是，電池的種類多樣，究竟哪一種形式的電池才是最適合汽車使用呢？
今天小編就來介紹目前汽車市場最常見的車輛電池種類，并且比較這些電池的優(yōu)缺點(diǎn)！！！
鋰電池 Lithium-ion（Li-ion）Batteries
不只是汽車領(lǐng)域，目前多數(shù)商用電子產(chǎn)品當(dāng)中普遍使用了鋰電池，而在過去十多年以來，鋰電子也因?yàn)閺V泛的使用，在效能上不斷進(jìn)化。因此，除了現(xiàn)在多數(shù)的混合動力和電動車都使用鋰電池之外，包括了智能手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦等消費(fèi)電子產(chǎn)品都是使用鋰電池。
不過，『鋰』只是一種通稱，在這種形式的電池之下還分憂很多種類。以消費(fèi)電子產(chǎn)品來說，最常使用的是鋰鈷氧化電池『LiCoO2』，是鋰電池當(dāng)中能量密度最高的一種。但是這種電池有著『熱失控（thermal runaway）』的缺點(diǎn)，也就是在過度充電或者溫度較高的環(huán)境之下，如果沒有正確使用即很容易發(fā)生過熱甚至爆炸起火的狀況，這也是鋰鈷氧化電池縱使有著最高的能量密度，也鮮有使用在汽車領(lǐng)域當(dāng)中。
多數(shù)電動工具、醫(yī)療工具以及車用電動系統(tǒng)所使用的鋰電池多半為磷酸鋰鐵電池『LiFePO4』、錳酸鋰電池『LMO』、鎳鈷錳三元電池『NMC』等，雖然這幾種電池的能量密度低于鋰鈷氧化電池，但是使用壽命以及安全性都更加優(yōu)異，因此相當(dāng)適合在電動化汽車領(lǐng)域當(dāng)中，其中以鎳鈷錳三元電池最為廣泛應(yīng)用在混動動力和電動車上，目前Formula E電動方程式賽車所使用的電池也是基于鎳鈷錳三元電池（NMC）制造而成。
『全新 Formula E電動方程式賽車』
為什么鋰電池是目前電動化汽車電池的大客戶？基本上，鋰電池有著優(yōu)異的『能量重量比』、『充電速度快』以及『幾乎沒有記憶效應(yīng)』這三大優(yōu)勢。
較高的能量密度意味著電池重量較輕，這對于追求輕量化、高性能以及講究續(xù)航力的汽車來說相當(dāng)合適。充電速度快當(dāng)然也是電動車使用與否的關(guān)鍵之一，但是在現(xiàn)實(shí)環(huán)境當(dāng)中鋰電池的充電速度只是稍微比其他形式的電池快而已，絕對不是天與地的分別。至于電池記憶效應(yīng)則是幾乎不會發(fā)生在鋰電池上，因此鋰電池的電力容量并不容易隨著使用次數(shù)增加而大幅減少。
『現(xiàn)在高端啟動電池使用磷酸鋰電池】
但是這并不代表鋰電池就沒有缺點(diǎn)，以目前的電池制造商技術(shù)來看，鋰電池主要缺點(diǎn)在于成本比其他種類電池高出不少，以鎳基電池為例，鋰電池制造成本大約高出40%，這通常會讓希望推出平民電動車型的汽車制造商打退堂鼓。不過，無論是何種電池，在近年經(jīng)濟(jì)模式的擴(kuò)張之下，成本和多年前相比都已經(jīng)大幅降低。
此外，鋰電池雖然不用“煩惱”記憶效能的問題，但是仍然會隨著時間以及使用環(huán)境所產(chǎn)生衰退。以目前汽車制造商的評估，車用鋰電池使用壽命大約在10年左右，但是目前還沒有電動車運(yùn)轉(zhuǎn)足夠時間和實(shí)際資料來驗(yàn)證這個理論。不過從目前的各大車廠掌握的電池技術(shù)來看，鋰電池是所有種類電池當(dāng)中缺點(diǎn)最少的，因此被視為當(dāng)下最佳車用電池來源。
鎳氫電池 Nickel-metal-hydride（Ni-MH）Batteries
在鋰電池未廣泛應(yīng)用之前，較早起的混合動力車型多半使用的是鎳氫電池（Ni-MH），及時到現(xiàn)在逐漸被鋰電池取代，還是有不少混合動力車型在使用這種類型的電池。
鎳氫電池的優(yōu)勢為相對低廉的制造成本，這種電池主要以鎳、氫、鈦或者其他類型的金屬組成，在制造成本上比鋰電池低廉許多，但是隨著市場投入越來越多的資源到鋰電池領(lǐng)域，兩種電池之間的成本正在不斷的縮小。
即使如此，鋰電池也有著一個相當(dāng)大的優(yōu)勢，就是耐用性。只要保養(yǎng)得宜，鎳氫電池可以擁有非常久的使用壽命。除此之外，因?yàn)殒嚉潆姵睾杏卸驹胤浅Ｉ伲沟闷浠厥粘杀鞠鄬Φ?，而成本?dāng)中含有大量的鎳金屬以及其他貴金屬電池的回收利潤比其他種類電池還要高。
『舊款豐田混動車型都在使用鎳氫電池』
可惜，鎳氫電池的能量密度并不高，大約比一般鋰電池低了40%，這意味著要達(dá)到同樣的電容量，鎳氫電池需要更大的體積也更重，這使得鎳氫電池和現(xiàn)在汽車制造商追求大空間和輕量化理念背道而馳。
另外，在密集且快速的沖放電情況下，鎳氫電池也容易產(chǎn)生大量熱能，因此需要額外的冷卻系統(tǒng)，使得整個電池系統(tǒng)重量又增加不少。
其他種類的電池
除了以上兩種電池之外，目前許多研究機(jī)構(gòu)都在研發(fā)效能更高的電池系統(tǒng)，包括了氧化物電池、磷酸鐵電池、磷酸鋰鐵電池、鋰空氣電池、鋰聚合物電池、鎳鈷錳電池、鎳鈷鋁電池以及錳氧化物尖晶石電池都是未來有可能成為電動車能量來源的電池種類。
鈷氧化物電池已經(jīng)問世很長一段時間，但是目前的困境仍然在于熱失控以及制造成本，否則這種電池的高能效密度將會是極佳的高性能車用電池。
磷酸鐵電池則是目前最穩(wěn)定且成本合理的電池派別，可惜因?yàn)槠洳扇〉碗妷旱倪\(yùn)作方式，如果要作為車用電池，將需要使用更多的電池?cái)?shù)量，造成重量和體積增加。
鋰聚合物電池也是鋰電池的一種，但是現(xiàn)今鋰聚合物電池需要制成“袋狀”，對于空間配置較為不利，因?yàn)槟壳皟H有少數(shù)電動車使用此類型電池。
鎳鈷錳電池和鎳鈷鋁電池現(xiàn)在制造成本還是太高，而且熱失控問題尚未解決，因?yàn)闊o論是效能如何，距離商用還是有相當(dāng)長的路要走。
鋰空氣電池較為新的電池技術(shù)，擁有極佳的能量密度，其能量重量比幾乎和現(xiàn)在的汽油相當(dāng)，更是目前鋰電池的5~15倍之多，但是仍處于開發(fā)初期，因?yàn)橐彩切枰靡欢螘r間才能夠達(dá)成量產(chǎn)。
