力壓蘋果!中國鋰電池技術,是如何讓國產手機殺出一條血路的?

2021-01-20 騰訊網

不知道從什麼時候開始,自己身邊用蘋果的人越來越少了。即便是曾經堅定的號稱非蘋果不買的朋友也開始逐漸轉投國產安卓大軍。

當我問到為什麼的時候,這些朋友都會對我會心一笑:無他,信號差,充電慢而已。

信號差這件事情暫且不表,今天先來聊聊電池。本文將主要圍繞下面幾個方面展開:

鋰電池(絕大多數手機電池)的原理是什麼?

快充的原理又是什麼?

快充會讓電池壽命下降甚至導致爆炸嗎?

為什麼說我國的鋰電池技術讓國產機殺出一條血路?

如果覺得文章太長,可以直接下滑找到自己感興趣的部分進行閱讀

鋰電池的原理是什麼?

1991年,索尼和旭化成公司聯合發布了首款商用鋰電池,從此,鋰電池開始被廣泛用於數碼 3C 產品當中,手機自然也不例外。

但是確切地說這個電池應該叫做:鋰離子電池

鋰電池的概念非常的混亂,它並沒有一個很統一的說法,比如《電工術語 原電池和蓄電池》(GB/T 2900.41-2008)中把鋰電池定義為「含非水電解質,負極為鋰或含鋰的電池」,可以是原電池也可以是蓄電池。

這個範圍很寬泛,只要負極含鋰,電解質是非水就行。平時更多的是把負極是金屬鋰的一次電池叫做鋰電池,也叫鋰原電池,是不能充電的。

之前說的鋰離子電池,就是為了與鋰電池相區別而發明出來的一個詞語。

最大的區別也很明顯:鋰離子電池可以充電!

圖中藍色的小球可以看成鋰離子

無論是放電還是充電,其實都是鋰離子在電池的正極與負極之間移動、電能和化學能相互轉換的過程。

而鋰電池的充電速度實際上也就是電能轉化為化學能的速率。也就是咱們常說的【功率】。

了解了電池的工作原理是鋰離子在電池的正極與負極之間移動、電能和化學能相互轉換的過程後,咱們再接著說快充。

快充的原理又是什麼?

這裡我們要複習一下初中時候學過的一個物理公式

P=UI

功率等於電壓和電流的乘積,電壓和電流這兩個只要有一個不變,另一個稍微變大,那麼功率就也會變大,你手機的充電速度也就會越快。

可能看到這你會覺得那這不是很簡單,隨便加大一個不就可以了?但其實並不是這樣。受到鋰電池本身的限制,在欠壓或過壓的情況下充電,都會對電池產生損傷,說不準就有爆炸風險。

因此鋰電池的充電方式比較特殊,通常分為三個階段:

恆定電流預充電

大電流恆定電流充電

恆定電壓充電

在手機完全沒電的時候,充電器會先通過電流較小的恆定電流對鋰電池進行充電,使其慢慢恢復活性;一段時間後,充電器會加大恆定電流,並逐步提升電壓,這是鋰電池充電的主要階段;而電池電量達到80%左右的時候,充電器又會在恆定電壓下慢慢減小電流的輸入,直到電流低於某個臨界值,這個時候手機就充滿電了。

想要加快手機的充電速度,就必須得在:「大電流恆定電流充電」這個階段有所創新。

如果時間回退到20年前,快充技術其實沒有那麼必要,一方面當年的功能機對電池容量要求不高,另一方面鋰電池技術並不成熟。

但是,隨著智能機時代的到來,手機對電量的需求越來越大,電池越做越大,而如果還抱著5w的充電功率是無法滿足大眾的需求的。所以「快充」開始登上舞臺。

目前的快充主要有下面兩種方案:

高壓小電流

低壓大電流

最早高通採取了第一個方法:高壓小電流。高壓小電流相較於低壓小電流有一個很嚴重的問題:高電壓輸入手機之後會有一個降壓過程,此時手機內部會產生熱損耗,導致發熱嚴重。

當年採用了這種方式的手機,在冬天也是可以做暖手寶的。

而從這個時候開始,國產的快充技創新也正式拉開了序幕。既然不能增加電壓,那我就增加電流。

原來的充電線是一根,現在我讓他變成兩根,電流不就變成了原來的2倍?在那個時候換手機的人可能會意識到:手機線突然變粗了。

但是再加粗手機線也沒有辦法提高電流了,因為充電線也開始發熱。

那該怎麼辦呢?我們在手機裡加了一個電荷泵,也叫做直流變壓器。

它可以把充電線傳過來的高電壓低電流轉變成低電壓高電流。這樣就一下子解決了充電線和手機電池的兩個問題。

那既然一個就有這樣的效果,如果用兩個呢?當然是效果更好,所以並聯電荷泵就出現了。

既然什麼都可以成雙,那電池可以是兩個嗎?於是技術進一步的提升了。

這樣一個舉措相當於把功率直接加大了一倍!

那有可能實現上述的這些技術嗎?當然,而且都是由我們最先提出的。

最近發布的IQOO7就是最典型的代表,它搭載了定製雙電荷泵,兩塊2000mAh的電池,充電功率達到了驚人的120w!並且其充電轉化率也高達98.5%以上!

在測試中,只需15分鐘便能充滿電,和蘋果的祖傳充電相比,這可不是一點點的優勢。

快充會讓電池壽命下降甚至導致爆炸嗎?

這個問題的答案很明晰:不會,但是過充會讓電池壽命下降甚至有很小的概率導致爆炸。

合格的充電器都有防止過度充電的安全保護電路及多種安全裝置,電池一旦充滿就會啟動保護功能,自動停止充電或者將充電電流降低到很低的範圍。

可是電池一直保持滿電狀態雖然不會爆炸,但是會加快電池容量的損失速度;另外任何裝置都不是100%保險,一旦充電器的保護電路失效,或者電池本身就有問題,就可能會導致起火甚至爆炸。

還是以IQOO7為例,人家這麼努力的開發快充,不就是為了讓大家不要整夜充電,導致過充嗎?15分鐘充滿電,這樣的速度還需要整夜充電嗎?

為什麼說我國的鋰電池技術讓國產機殺出一條血路?

早在2001年,鋰電池完全不被大眾看好,而當時的中國工程院院士的陳立泉,向時任863計劃電動汽車重大專項負責人萬鋼請求:「希望能給鋰離子電池一個機會。」

僅僅十年,他成功地將鋰電池材料研究這個曾被邊緣化的冷門學科產業化,解決了鋰離子電池規模化生產的科學、技術與工程問題,實現了鋰離子電池從「中國製造」到「中國智造」的大轉變。

也是這個轉變,讓我國的鋰離子電池產業成為了世界第一。

消費者為一個商品買單,一定是因為有一個點打動了他。在以往人們購買蘋果可能是因為其流暢的系統,出色的拍照,但是現在的國產機已經不再卡頓,再加上絕無僅有的快充技術,為什麼不給國產手機一個機會呢?

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