手機電池技術為何停滯不前?為什麼鋰電池一直得不到新的突破?

2020-11-29 夢科技

隨著5G的普及,手機必須適應新一代網絡的電源需求。當5G出現的時候,手機會很快消耗掉所有的電量。據外媒報導,近日諾基亞的研究人員申請了一項新的電池技術專利,該技術可以更好地支持5G服務,或能讓5G手機的電池續航/使用壽命延長一倍。不過,報導稱諾基亞的這項研究可能要多年才能實現。為什麼電池技術研究進度如此緩慢?未來手機電池技術將如何突破?

為何電技術停滯不前?

準確的說,人類的電池技術不是停滯不前,而是相對其他技術發展緩慢。現在手機主要採用的是鋰電池。電池的發展是從在早期,上世紀80年代的鎳鎘電池,大得像塊磚頭,就是運用在「大哥大」上的;

90年代初期2G網絡成熟,手機電池也有了進步,手機廠商開始拋棄傳統內含圓柱形鎳鎘電池的電池倉,轉而採用定製小型化的鎳鎘電池包。隨後鎳氫電池世,相對前一代電池它的記憶效應不是那麼明顯。這也是它的優勢,因為有記憶效應的電池每次需要都充滿。否則會讓電池活性降低。到了92年索尼多年研發的鋰離子電池終於投入商業使用,但是在當時,它高昂的售價和不突出的電量取不到任何的優勢,也僅僅只能在自家的產品上使用。到了94年戴爾筆記本首次採用鋰離子電池,隨後眾多手機廠商跟風以鋰離子電池為一大賣點。到了90年代末期,隨著鋰離子電池製造技術的更新,以及新型材料的誕生,鋰電池生產製造成本降低,體積減小,容量得以擴大。這個時候就是鋰電池普及的開端。

為何手機電池至今還沒有很大的發展?鋰電池從70年代被發明,90年代被使用,21世紀初被大規模使用於電腦手機等設備,到了現在2019年,近30年以來鋰電池的核心技術和理論都沒有很大突破。這是為社麼呢?

鋰電池是化學電池,構成為正負極和電解質。通用的鋰電池,正極為鈷酸鋰,負極為石墨,經過反覆試驗,這兩種材料是最默契穩定的。而且鋰電池環境友好沒有記憶效應,相比之前的鎳氫電池不用每次都充滿100%的電量。鋰電池能量密度高,單位體積內能存儲更多的電量。其他材料要麼不夠現在智能設備使用,要麼體積過大不符合現在對於電子設備輕薄的要求。鋰電池性價比高,相對於其他材料,鋰電池是最實惠的,電池研究也有其他的新型正負極材料,但成本相對較高,涉及到商業推廣使用,最大的問題就是降低成本。所以現在的鋰電池技術要得到發展,要從正負極材料入手,找到比石墨和鈷酸鋰更高效更便宜的搭檔材料才行,但這並不是容易的事情。從另外的角度將,現在電池技術雖然沒有提升,但充電技術有很多的創新,如快充技術、閃充技術還有無線充電技術是最為流行的。

未來的電池技術方向?

現在鋰電池技術處於發展的瓶頸,但仍有發展空間。有幾種新型材料被業內人士看好。

矽碳複合材料,這是未來電池負極材料的一種,理論容量為4200mAh/g以上,比石墨類材料的372mAh/g高了10倍多。若能批量生產容量將會大有提升;鈦酸鋰,這種電池的主要優勢是壽命長,循環壽命達1萬次以上,屬於零應變材料,其體積變化小魚1%,不生成傳統的SEI膜,安全性相對較高,在充放電時熱穩定性高,可以實現快速充電。石墨烯,石墨烯透光性好、導電性強、導熱性高,機械強度高,但由於目前批量生產工藝不成熟、價格高,性能不穩定,現在一般用戶石墨烯液冷散熱;碳納米管,這是一種石墨化結構的碳材料,具有良好的導電性能,由於它脫嵌鋰的時候深度小、行程短,作為負極材料在大倍率充放電時極化作用小,可以提高電池的大倍率充放電性能。富鋰猛基正極材料,這是一種密度較高的正極材料,相較於正極材料的磷酸鐵鋰580Wh/kg的能力密度,它的密度可以達到900Wh/kg。雖然它容量優勢明顯但研發成本也比較大,發展比較緩慢。陶瓷氧化鋁,陶瓷複合材料一直都是新型材料的研究熱點,用於電池材料也並不稀奇,陶瓷氧化鋁主要用於電池隔膜中,它針對於電池體系塗抹隔層空間更大,但製作工藝要求很高,價格相對昂貴。

總的來說未來電池的發展需要新型的替代材料,降低體積,增加單位體積內的蓄電能力,增加單位時間內的充電效率。以及降低成本。這樣電池技術才會得以發展。

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