中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：為趕在蘋果公司9月發(fā)布會(huì)之前推出新品，七八月份各個(gè)手機(jī)廠商開始密集發(fā)布新款手機(jī)。面對(duì)更快的處理器，更清晰的屏幕，更高像素的攝像頭，人們對(duì)于智能手機(jī)性能的需求已經(jīng)得到充分的滿足，但仍有一項(xiàng)參數(shù)難以讓消費(fèi)者滿意，便是手機(jī)電池的續(xù)航時(shí)間。
雖然各個(gè)手機(jī)廠商都在發(fā)布會(huì)上聲稱自己的產(chǎn)品使用了大容量電池，但手機(jī)一天一充的現(xiàn)象還是普遍存在，在用戶頻繁使用的情況下，手機(jī)電池甚至堅(jiān)持不了一個(gè)白天的時(shí)間。對(duì)于時(shí)時(shí)刻刻離不開手機(jī)的“低頭族”來說，最恐慌的事情莫過于手機(jī)出現(xiàn)低電量提醒，就算性能再優(yōu)秀，一旦電量耗盡，手機(jī)也會(huì)立刻變得無用武之地。
近年來，智能手機(jī)的發(fā)展速度已經(jīng)超過了摩爾定律，據(jù)估算，從2005年到2015年間，智能手機(jī)處理器主頻增長(zhǎng)率1500%，攝像頭像素增長(zhǎng)率達(dá)到5000%。面對(duì)手機(jī)性能的幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)，手機(jī)電池技術(shù)的發(fā)展卻顯得腳步緩慢，10年間，智能手機(jī)電池的能量密度雖然平均每年提升7.2%，電池容量也增加了一倍，但手機(jī)待機(jī)時(shí)間卻未有質(zhì)的改變。手機(jī)電池續(xù)航能力弱已經(jīng)成為用戶使用智能手機(jī)的最大痛點(diǎn)，也成為制約智能手機(jī)發(fā)展的最短板。
手機(jī)電量為何總不夠？
用戶總是抱怨手機(jī)電量不夠用，不妨先了解一下提供續(xù)航電量的這塊電池。目前，絕大多數(shù)手機(jī)所采用的都是鋰離子電池，鋰電池技術(shù)早在20世紀(jì)70年代便問世，但直到1992年，日本索尼公司推出首批商業(yè)化鋰電池，它才正式取代了早期“大哥大”手機(jī)所用的鎳氫電池。
鋰電池取代鎳氫電池，帶來了數(shù)碼產(chǎn)品電池續(xù)航能力上一次質(zhì)的飛躍，這也讓人們?cè)诠δ軝C(jī)時(shí)代很少對(duì)手機(jī)電池發(fā)出抱怨。然而，智能機(jī)時(shí)代到來之后，用戶在使用手機(jī)時(shí)卻越來越覺得電量“吃緊”。在功能機(jī)時(shí)代，手機(jī)硬件功耗非常少，軟件也十分簡(jiǎn)單，所以手機(jī)電池的續(xù)航問題并不那么顯山露水。然而，在智能手機(jī)時(shí)代，手機(jī)元器件性能的不斷提升，鋰離子電池的電量也開始有些捉襟見肘。
在智能手機(jī)時(shí)代，觸屏操作使得用戶不斷追求更大的屏幕，然而，大屏幕配置正是智能手機(jī)耗電快的主要原因?！爸悄苁謾C(jī)的LCD屏幕是‘用電大戶’，一旦屏幕被點(diǎn)亮，屏幕的背光模組開始工作，手機(jī)的耗電量就會(huì)迅速飆升，以一臺(tái)正常使用狀態(tài)下的安卓智能手機(jī)為例，通過查看電池耗電排行，會(huì)發(fā)現(xiàn)屏幕的耗電量基本要占到總量的50%以上，這就是為什么廠商標(biāo)榜自己的手機(jī)電池可以待機(jī)十幾天到幾十天，但在實(shí)際使用中電池依然不夠用。”手機(jī)硬件測(cè)試工程師李興華在接受采訪時(shí)說。
從功能機(jī)到智能手機(jī)，不只是手機(jī)屏幕不斷增大，手機(jī)功能也越來越強(qiáng)。用戶使用手機(jī)不再像功能機(jī)時(shí)代一樣只能選擇自帶的幾項(xiàng)功能，而是可以根據(jù)需求安裝不同的應(yīng)用程序。這導(dǎo)致在實(shí)際使用中，由于部分程序一直在后臺(tái)調(diào)用GPS等功能，就會(huì)導(dǎo)致GPS模塊、通信模塊以及soc芯片持續(xù)工作，從而使得電池電量被快速消耗。
除此之外，在手機(jī)屏幕不斷變大的情況下，為便于操控，用戶也越來越追求手機(jī)輕薄化，這也在一定程度上限制了手機(jī)電池的續(xù)航能力。手機(jī)廠商過于追求輕薄設(shè)計(jì)的趨勢(shì)下，經(jīng)?？梢钥吹揭恍┢炫灆C(jī)型的續(xù)航能力尚不及前作的表現(xiàn)。在功能機(jī)時(shí)代，15毫米的機(jī)身厚度屬于常態(tài)，但如今，有廠商開發(fā)了擁有6000mAh電池的智能手機(jī)，但機(jī)身厚度達(dá)到11.9毫米，則被大多數(shù)消費(fèi)者認(rèn)為機(jī)身過于臃腫。
手機(jī)元器件性能的不斷提升和機(jī)身的不斷變薄導(dǎo)致了鋰電池技術(shù)難以跟上腳步，而手機(jī)電量吃緊的另一個(gè)原因，則是“手機(jī)依賴癥”的不斷蔓延。在過去，除了打電話、發(fā)短信，人們很少會(huì)一直盯著手機(jī)。而如今，手機(jī)已經(jīng)被人們時(shí)時(shí)握在手中，發(fā)微信、刷微博、打車、導(dǎo)航、購(gòu)物、游戲、辦公等，人們的生活已經(jīng)徹底與手機(jī)綁定在一起，每天使用手機(jī)的時(shí)間不斷增長(zhǎng)，手機(jī)電量自然越來越難以滿足需求。“同樣擁有顯示屏，同樣需要計(jì)算，但人們對(duì)于數(shù)碼相機(jī)的鋰電池就少有抱怨，因?yàn)榻^大多數(shù)用戶對(duì)于數(shù)碼相機(jī)的使用頻率是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于智能手機(jī)的，并且在人們?nèi)粘Ｊ褂弥悄苁謾C(jī)時(shí)，導(dǎo)航、游戲等重度使用場(chǎng)景越來越多，加之在智能手機(jī)大屏化、輕薄化的趨勢(shì)下，形成了手機(jī)電量需求提升迅速，供給上漲受阻的局面。”科技評(píng)論人錢晟接受采訪時(shí)說。
2012年，人們還在討論智能手機(jī)的電池會(huì)不會(huì)達(dá)到3000mAh時(shí)，如今，這樣的電池容量已經(jīng)成為各家旗艦機(jī)型的標(biāo)配，在鋰離子電池商用的20多年間，經(jīng)過持續(xù)的技術(shù)拓展，鋰離子電池在充電效率、電池容量、發(fā)熱冷卻等方面都在一直進(jìn)步，但這仍然不能滿足人們對(duì)智能手機(jī)電池續(xù)航能力的需求，并且鋰離子電池的發(fā)展已經(jīng)步步維艱，每前進(jìn)一步都異常艱難?，F(xiàn)代電池領(lǐng)域的科學(xué)家、磷酸鋰鐵之父John Goodenough也感慨電池研發(fā)已進(jìn)入瓶頸。鋰離子電池曾經(jīng)是電子產(chǎn)品快速發(fā)展的推動(dòng)者，如今卻逐漸成為了阻礙智能手機(jī)前進(jìn)的最大絆腳石，面對(duì)這樣的局面，手機(jī)廠商又該如何應(yīng)對(duì)。
曲線救“電”
提升手機(jī)電池的續(xù)航能力，最直接的辦法就是將手機(jī)電池盡量做大，為在有限的機(jī)身空間中做到這一點(diǎn)，越來越多的手機(jī)廠商開始效仿蘋果的iphone，將手機(jī)電池設(shè)計(jì)為不可拆卸。“通過電池和手機(jī)的‘一體化’，省去了原來電池的硬殼保護(hù)，可以增加電池體積和能量密度”，錢晟對(duì)記者說。然而，在手機(jī)輕薄化的主流趨勢(shì)下，電池的體積不可能無限加大。并且，這種“一體化”設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)也是顯而易見的，用戶不能再像過去一樣準(zhǔn)備幾塊備用電池用于更換，一旦手機(jī)電量耗盡就不得不尋找電源進(jìn)行充電。
手機(jī)電池的續(xù)航“不給力”和不可拆卸，甚至催生出一種新的數(shù)碼消費(fèi)品——移動(dòng)電源，人們也習(xí)慣稱其為“充電寶”。如今，移動(dòng)電源產(chǎn)品已經(jīng)形成了一個(gè)巨大的消費(fèi)市場(chǎng)，數(shù)據(jù)顯示，2014年國(guó)內(nèi)移動(dòng)電源市場(chǎng)規(guī)模為165億元，預(yù)計(jì)2015年將會(huì)增長(zhǎng)到220億元，同比增長(zhǎng)超過30%。記者在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，目前市面上主流的移動(dòng)電源產(chǎn)品的電池容量從5000mAh到50000mAh不等，有的更是標(biāo)注到80000mAh。而移動(dòng)電源產(chǎn)品的售價(jià)也從幾十元到上千元不等，采用太陽能和手搖充電的另類“充電寶”也層出不窮，不少移動(dòng)電源產(chǎn)品還被廠家設(shè)計(jì)得盡量美觀，讓它在使用中顯得不那么笨拙丑陋。
但由于標(biāo)準(zhǔn)缺失，網(wǎng)購(gòu)和市面上銷售的移動(dòng)電源產(chǎn)品魚龍混雜，充斥劣質(zhì)產(chǎn)品，因質(zhì)量問題所引發(fā)的事故屢見不鮮。針對(duì)移動(dòng)電源產(chǎn)品市場(chǎng)混亂的局面，日前，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委官網(wǎng)發(fā)布了《便攜式電子產(chǎn)品用鋰離子電池和電池組安全要求》(GB31241-2014)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)移動(dòng)電源產(chǎn)品有了詳細(xì)的測(cè)試規(guī)定，包括工作參數(shù)、電路安全等30多項(xiàng)測(cè)試要求，以確保移動(dòng)電源產(chǎn)品安全可靠。該標(biāo)準(zhǔn)已于8月1日正式實(shí)施，這使得今后的移動(dòng)電源產(chǎn)品市場(chǎng)將更加規(guī)范，在人們還“無力擺脫”移動(dòng)電源產(chǎn)品的時(shí)候，起碼在用移動(dòng)電源產(chǎn)品“給手機(jī)打吊瓶”的時(shí)候可以安全放心地使用。
手機(jī)廠商也看到了移動(dòng)電源產(chǎn)品的巨大商機(jī)，小米、魅族、一加等國(guó)內(nèi)手機(jī)廠商也紛紛推出自家的移動(dòng)電源產(chǎn)品，但無論移動(dòng)電源如何安全可靠，對(duì)于消費(fèi)者來說，都是一個(gè)負(fù)擔(dān)。
如今的手機(jī)已經(jīng)是軟硬件高度結(jié)合的智能終端，這也讓很多手機(jī)廠商開始從軟件角度去嘗試優(yōu)化手機(jī)續(xù)航。記者了解到，目前大多數(shù)安卓系統(tǒng)手機(jī)都內(nèi)置了省電模式，而今年即將發(fā)布的蘋果手機(jī)ios9系統(tǒng)，在測(cè)試版中也曝光了“低電量模式”。當(dāng)用戶開啟手機(jī)的省電模式后，耗電量會(huì)大幅下降，但手機(jī)的部分功能也會(huì)受限。智能手機(jī)的省電模式大都是以降低屏幕亮度、關(guān)閉WIFI及蜂窩數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、降低處理器主頻等方式來實(shí)現(xiàn)耗電量下降，有些機(jī)型甚至提供了簡(jiǎn)化主屏甚至是屏幕黑白顯示等“極端”方式來延長(zhǎng)手機(jī)電池的續(xù)航。
錢晟告訴記者，使用省電模式的方式可以讓用戶在手機(jī)低電量的情況下勉強(qiáng)維持，但其本質(zhì)無非是讓智能手機(jī)在低電量的時(shí)候變回一臺(tái)功能機(jī)，并不是從根本上解決智能手機(jī)電池的續(xù)航問題。除此之外，也有不少公司開發(fā)出“電池醫(yī)生”、“省電王”等手機(jī)應(yīng)用，通過管理后臺(tái)應(yīng)用等方式來減少手機(jī)耗電量，但這在用戶重度使用下顯得杯水車薪。
在“充電寶”和軟件優(yōu)化都沒能很好解決手機(jī)續(xù)航難題的局面下，研發(fā)人員開始嘗試新的途徑解決問題，他們將突破口放在手機(jī)充電時(shí)間上。用戶對(duì)于手機(jī)電池的抱怨，一方面是因?yàn)殡娏坎粔蛴茫硪环矫鎰t是因?yàn)槌潆姇r(shí)間過長(zhǎng)。以今年智能手機(jī)入門級(jí)的2000mAh電池配置為例，要充滿這樣一款手機(jī)一般需要用時(shí)3小時(shí)左右，如果能夠?qū)⒊潆姇r(shí)間大幅度縮減，將極大地提升用戶的使用體驗(yàn)，手機(jī)快充技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。
目前，高通、三星等知名移動(dòng)技術(shù)廠商都擁有了自家研發(fā)的快充技術(shù)，并且，由于高通和三星在移動(dòng)芯片市場(chǎng)中份額巨大，快充技術(shù)在今年已經(jīng)成為市場(chǎng)主流手機(jī)的標(biāo)配，國(guó)內(nèi)的手機(jī)廠商OPPO則推出了自己研發(fā)的VOOC快充技術(shù)?！翱斐浼夹g(shù)簡(jiǎn)單來說，是通過不同的電壓和電流組合，實(shí)現(xiàn)在電池低電量時(shí)高壓、大電流快充，再在接近充滿的時(shí)候減慢充電速率”，李興華向記者解釋到。但快充技術(shù)需要手機(jī)的芯片、主板、電池、充電器等多個(gè)元件的配合，這讓用戶在標(biāo)配充電器不在身邊時(shí)很可能無法進(jìn)行快充。另一方面，快充技術(shù)對(duì)于鋰離子電池壽命是否存在影響，在業(yè)界尚無定論。
為了使手機(jī)電池續(xù)航表現(xiàn)有所改觀，人們似乎想盡了各種辦法，但仍然是無奈之下的選擇，若想真正解決手機(jī)電池續(xù)航能力弱的難題，還應(yīng)該更多地從電池技術(shù)本身尋找突破。
未來會(huì)好嗎？
有人曾說過，如果你覺得自己足夠聰明，并且是個(gè)幸運(yùn)兒，那你應(yīng)該從事電池技術(shù)的研究，只要新的充電電池專利握在你的手里，那你將成為這個(gè)世界上的頂級(jí)富豪，更重要的是，你將成為這個(gè)時(shí)代的科技英雄。而新能源初創(chuàng)公司A123高管Andy Chu則說，能源儲(chǔ)存是大玩家才進(jìn)入的游戲，因?yàn)樵陔姵厣?，太多事情可以發(fā)生錯(cuò)誤。電池技術(shù)作為應(yīng)用電氣化學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)分支，其進(jìn)步過程中可謂舉步維艱，但每前進(jìn)一步，都會(huì)給這個(gè)世界帶來巨大的驚喜和變化。
智能手機(jī)的電池技術(shù)看上去沒有像手機(jī)本身那樣發(fā)展迅猛，但實(shí)際上，人們對(duì)于電池技術(shù)的研究卻并非停滯不前。不論是斯坦福大學(xué)主導(dǎo)的鋰陽極電池，加州大學(xué)河濱分校研究的硅電池，還是諾基亞與倫敦大學(xué)瑪麗皇后學(xué)院合作的通過吸收環(huán)境噪音發(fā)電的“納米發(fā)電機(jī)”，都在不斷探索電池技術(shù)的未來。以色列特拉維夫大學(xué)在研究治療老年癡呆癥的藥物時(shí)還意外地發(fā)現(xiàn)了一種具有極高電容性的肽分子，理論上，如果可以用這種材料制造手機(jī)電池，能讓手機(jī)的充電速度大大提升，這些研究人員還成立了專門的公司，希望研發(fā)出一種能在一分鐘就充滿的手機(jī)電池。不過，這些聽上去不錯(cuò)的技術(shù)，目前還僅能在實(shí)驗(yàn)室等高端環(huán)境下工作。
關(guān)于電池技術(shù)進(jìn)步的消息每年甚至每個(gè)月都會(huì)被媒體曝出，但要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化則需要一個(gè)漫長(zhǎng)的過程。新型電池技術(shù)需要長(zhǎng)時(shí)間實(shí)驗(yàn)來解決批量中的各種問題，只有實(shí)現(xiàn)了高效、穩(wěn)定、易于封裝使用等基本條件，新型電池技術(shù)才具備商用的潛質(zhì)，而目前，這些新型電池技術(shù)距離大規(guī)模制造和商用還有很長(zhǎng)的一段路。另外，蘋果、谷歌、戴森等電子消費(fèi)品巨頭也在積極與電池廠商合作，希望能夠在技術(shù)上獲得突破，但短期內(nèi)還很難有巨大進(jìn)展。
未來的“超級(jí)電池”要走出實(shí)驗(yàn)室來到消費(fèi)者的身邊并不是一朝一夕的事情，鋰離子電池的歷史使命很可能在未來相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間還要繼續(xù)下去。
面對(duì)電池工業(yè)這樣的發(fā)展瓶頸，就像面對(duì)一口不出水的枯井，我們可以重新選址去打一口新井，但未必就能如愿以償，也可以嘗試將眼前這口井再打深一些，從現(xiàn)有技術(shù)中去挖掘更大的潛能，那鋰離子電池技術(shù)是否還有進(jìn)步的空間？
從上世紀(jì)70年代第一塊鋰離子電池制成，到20年之后索尼將鋰離子電池技術(shù)正式投入商用，再到如今的日趨成熟，鋰離子電池技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)度過了近50年的時(shí)間。但不少業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，從降低生產(chǎn)成本、提高能量密度的方面來看，鋰離子電池仍有非常大的改進(jìn)空間。
汽車業(yè)新寵特斯拉的電動(dòng)汽車所采用的是自家生產(chǎn)的鋰離子電池，有人曾拆解特斯拉的電池組，發(fā)現(xiàn)是由一個(gè)個(gè)像五號(hào)電池一樣的電芯所組成的。為了供應(yīng)自家電動(dòng)汽車，特斯拉投資50億美元在美國(guó)內(nèi)華達(dá)州建造了一座超級(jí)電池工廠。依靠與松下公司的合作，特斯拉在電池生產(chǎn)工藝上進(jìn)行革新，自2008年至今，特斯拉的電池組成本減少了近一半，比普通的鋰離子電池制造廠的生產(chǎn)成本要低30%左右，而儲(chǔ)能效率驚人的提升了近60%。由此可見，其他鋰離子電池廠商的改進(jìn)空間還有很大。
而鋰離子電池的能量密度近10年來也一直在震蕩中上升。2005年，采用聚合物電解質(zhì)的鋰離子電池開始逐步取代之前的液態(tài)鋰離子電池，聚合物鋰離子電池在電化學(xué)特性上更加優(yōu)秀，并且在塑型上更加靈活，可以使電池的體積利用率更高，鋰離子電池迎來能量密度上的一次大提升。但到了2008年前后，鋰離子電池能量密度的提升速度開始減緩，隨著電池安全問題引起大家的重視，電池生產(chǎn)商開始不斷提高電池的安全性指標(biāo)，將鋰離子電池的外殼不斷加厚，這使得在隨后三四年間，手機(jī)電池的能量密度一直保持平穩(wěn)。到2013年以后，電池生產(chǎn)商通過不斷改善工藝，提高了電池材料的壓實(shí)密度，鋰離子電池的能量密度又有一次提升。
目前，主流手機(jī)電池能量密度已經(jīng)達(dá)到了600Wh/L（瓦時(shí)每升）左右，聯(lián)手比亞迪進(jìn)軍智能手機(jī)市場(chǎng)的藍(lán)魔數(shù)碼，更是被傳出將會(huì)在自家手機(jī)上采用800Wh/L超高能量密度的電池。近年來，我國(guó)在石墨烯鋰電池、硅基陽極鋰電池等技術(shù)領(lǐng)域都取得了不錯(cuò)的成果，多家國(guó)內(nèi)手機(jī)生產(chǎn)商都已在測(cè)試能量密度更高的新一代電池。
鋰離子電池技術(shù)的未來發(fā)展將面臨正反兩方面因素的影響，一方面是智能手機(jī)、電動(dòng)汽車等新興行業(yè)的需求不斷擴(kuò)大，鋰離子電池的市場(chǎng)份額不斷增長(zhǎng)，企業(yè)不斷加大研發(fā)力度，這將大大促進(jìn)鋰離子電池技術(shù)發(fā)展；而另一方面，隨著人們對(duì)新能源的渴求越來越迫切，未來是否會(huì)出現(xiàn)一種更高效的產(chǎn)品來替代鋰離子電池。從目前來看，前一因素的影響必然會(huì)發(fā)生，據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前鋰離子電池的全球市場(chǎng)總價(jià)值已經(jīng)超過120億美元，到2020年預(yù)計(jì)將達(dá)到540億美元。而后一因素至今仍是一個(gè)未知數(shù)，如果有一天鋰離子電池將被新型電池所取代，但在此之前，鋰離子電池究竟還有多少潛力可以被挖掘，我們不得而知，卻也不能輕言放棄。
錢晟告訴記者，新電池技術(shù)的研發(fā)和鋰離子電池技術(shù)的革新對(duì)于手機(jī)的電量續(xù)航而言都屬于“開源”，而降低手機(jī)其他元器件的功耗則是“節(jié)流”。在屏幕和soc芯片等手機(jī)核心元器件的研發(fā)中，降低功耗都已經(jīng)成為一個(gè)研發(fā)重點(diǎn)，隨著元器件功耗的降低和電池技術(shù)的不斷提高，智能手機(jī)的續(xù)航能力將會(huì)有所改觀。
