近日，新鮮出爐的iPhone6s已經(jīng)可以開放購買。由于iPhone6s電池容量的小幅縮水(iPhone6s從1810mAh減少到1715mAh，縮水了95mAh；iPhone6s Plus則從2915 mAh 減少到2750mAh，縮水了165 mAh)，智能手機(jī)續(xù)航再次成為人們關(guān)注的話題。
聯(lián)想到iPhone 6s和iPhone 6s Plus分別薄至6.9毫米和7.1毫米的機(jī)身，電池容量縮水100mAh算是為了追求手機(jī)輕薄化所做的妥協(xié)。然而，對應(yīng)其不斷強(qiáng)化的拍照等應(yīng)用，智能手機(jī)鋰電池因能量密度瓶頸而導(dǎo)致的續(xù)航不足成為困擾行業(yè)的難題。
電池容量難提升的瓶頸在材料
一位不愿透露姓名的國內(nèi)一線大廠研發(fā)部總監(jiān)告訴《高工鋰電》，智能手機(jī)續(xù)航時(shí)間不足的短板從側(cè)面印證了鋰電池能量密度在短時(shí)間內(nèi)難以提升的現(xiàn)實(shí)。單從鋰電池本身的角度來說，智能手機(jī)的續(xù)航時(shí)間提升已經(jīng)遇到瓶頸，在短時(shí)間之內(nèi)難有大幅度提升的空間。
鋰電池能量密度的提升空間決定了可以在不考慮體積的情況下，從多大程度上提升智能手機(jī)續(xù)航時(shí)間，而能量密度提升的關(guān)鍵則在于電池材料。
“單從電芯的角度來提升電池的能量密度顯然是很有限的，這需要從最基礎(chǔ)的鋰電池四大核心材料上找解決方案。”上述人士認(rèn)為，只有采用改性的電池材料才能從根本上提升鋰電池的能量密度。
實(shí)際上，影響鋰電池能量密度提升的主要材料是正極材料和負(fù)極材料。據(jù)相關(guān)研究資料顯示，如果正極材料的比容量提高50%，電池的功率密度會(huì)相應(yīng)提高28%，負(fù)極材料的比容量每提高50%，電池的功率密度會(huì)提高13%.。
“就現(xiàn)在正極材料行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀來看，鋰電池能量密度的提升已經(jīng)快到極限了。”成都興能材料有限公司總經(jīng)理范未峰告訴《高工鋰電》，最新的蘋果手機(jī)所用鋰電池額定電壓已經(jīng)在原來3.8V的基礎(chǔ)上提升了0.2V，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他一般電池的3.7V。如果指望鋰電池能量密度能出現(xiàn)翻倍的提升，是很不現(xiàn)實(shí)的。
另一方面，提高鋰電池的充電電壓也是業(yè)界最常用的提升鋰電池能量密度的有效方式。以3C領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的鈷酸鋰材料為例，單體電池的充電電壓已經(jīng)從過去最常用的4.2V提升到4.3V，部分高端產(chǎn)品能做到4.35V。據(jù)了解，此次發(fā)布的iPhone 6s手機(jī)所用的鋰電池電壓就提升到4.35V。據(jù)相關(guān)技術(shù)人員透露，從理論上看，鈷酸鋰在4.5V的時(shí)候仍然可以保持很好的循環(huán)性，這也差不多是鈷酸鋰的極限。
相對來說，負(fù)極材料在提升電池能量密度上取得的成效要小很多。目前很多負(fù)極材料企業(yè)都在研發(fā)新型的硅碳負(fù)極來提升電池容量，但是市場上鮮有成熟的產(chǎn)品應(yīng)用出現(xiàn)，石墨材料(含人造石墨)依然是負(fù)極材料的市場主體。
“短時(shí)間內(nèi)來看，鋰電池能量密度的提升還難以突破當(dāng)前的技術(shù)瓶頸。”高工鋰電鋰電研究所(GBII)分析師認(rèn)為，由于鋰電池能量密度提升的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于智能手機(jī)等產(chǎn)品發(fā)展的速度，從終端設(shè)備上降低功耗成為未來智能終端生產(chǎn)、設(shè)計(jì)廠商將的新選擇。
系統(tǒng)優(yōu)化成救命稻草？
既然電池容量難以提升，像蘋果等高端手機(jī)廠商就不得不從其他方面來尋求突破了。
蘋果第一次在主力旗艦產(chǎn)品上電池容量不進(jìn)反退就體現(xiàn)了這種設(shè)計(jì)邏輯。蘋果善于在底層進(jìn)行軟件優(yōu)化，通過控制系統(tǒng)和軟件優(yōu)化的方式，最大程度擴(kuò)展設(shè)備續(xù)航能力，新發(fā)布的iOS9中，也是加入了低電量模式，在手機(jī)電量即將耗盡時(shí)，通過限制網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)和降低一些性能來實(shí)現(xiàn)的省電。
這么做其實(shí)需要很大勇氣，因?yàn)殡S著智能手機(jī)的發(fā)展，大屏化趨勢讓手機(jī)的屏幕尺寸在不斷增大，而且用戶對智能手機(jī)的依賴程度也在不斷提升，想以之前的電量水平，維持目前用戶的使用程度和硬件規(guī)格，需要軟硬實(shí)力的配合。
電池材料創(chuàng)新是關(guān)鍵
鋰電池原理限制，材料進(jìn)步緩慢。我們看到，鋰電池在這十年間的技術(shù)進(jìn)步的確很大，但缺乏革命性的改變。鋰電池與10年前沒有兩樣：結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化，主要配套材料基本沒有變化。尤其正極材料還與10年前一樣，還是鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料和磷酸鐵鋰這四種，材料進(jìn)步緩慢也限制了電池技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。
智能手機(jī)電池續(xù)航耐力不足問題由來已久，隨著生產(chǎn)技術(shù)的提高以及消費(fèi)者需求的增加，勢必對手機(jī)電池的要求也會(huì)相應(yīng)提升，目前手機(jī)電池研發(fā)上面臨的形勢卻十分嚴(yán)峻。
去年11月份美國專利商標(biāo)局公布了蘋果新獲得的兩項(xiàng)專利，這兩項(xiàng)專利為“便攜式計(jì)算設(shè)備的燃料電池系統(tǒng)”和“便攜式計(jì)算設(shè)備燃料電池系統(tǒng)耦合”來看，這兩項(xiàng)專利暗示蘋果可能正在研究使用燃料電池技術(shù)來解決其iPhone、iPad以及Macbook電腦等產(chǎn)品的續(xù)航問題。進(jìn)一步來看，針對移動(dòng)設(shè)備的電池技術(shù)創(chuàng)新嘗試正在繼續(xù)。
此外，科學(xué)家也不斷發(fā)現(xiàn)新的電池材料，可讓電池本身續(xù)航力大增，其中又以石墨烯(graphene)最具代表性。石墨烯導(dǎo)電性比金屬銅佳，且重量輕、表面積大，是發(fā)展大容量電池理想材料，其同時(shí)又兼具強(qiáng)度與可撓性。
但手機(jī)電池要取得進(jìn)一步發(fā)展，關(guān)鍵是要掌握先進(jìn)材料以及電池體系等核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)。如果沒有合理的布局，扎實(shí)系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究，手機(jī)電池的前進(jìn)步伐恐停滯不前。當(dāng)然，羅馬并非一日就建成的，新電池技術(shù)的成熟與普及顯然還需要很長一段要走。
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