其實(shí)智能手機(jī)發(fā)展進(jìn)入瓶頸這是一個(gè)老生常談的話題。但如果我們仔細(xì)想想，什么樣的論據(jù)支持我們這一基本上算是達(dá)成了的論點(diǎn)呢？我們一時(shí)又很難說(shuō) 明。在這篇文章前面，筆者通過(guò)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)看看究竟這幾年來(lái)智能手機(jī)電池發(fā)展速度如何？其實(shí)實(shí)驗(yàn)的原理十分簡(jiǎn)單。通過(guò)比較2005年至今的手機(jī)電池比容量 (比容量又稱克容量，指每克電池含有的電量)，就能夠簡(jiǎn)單直觀的看出05年至今手機(jī)電池的發(fā)展速度了。
在做這個(gè)實(shí)驗(yàn)之前，我們先來(lái)給大家簡(jiǎn)單介紹一些日常手機(jī)電池我們遇到的一些名詞，有助于我們更準(zhǔn)確的了解智能手機(jī)、充電寶等數(shù)碼產(chǎn)品電池。
mAh：mAh毫安時(shí)可以說(shuō)是我們?cè)谥悄苁謾C(jī)電池中最常見的參數(shù)。智能手機(jī)廠家也在發(fā)布會(huì)上說(shuō)我們采用了3000mAh超大容量電池云云。其實(shí) mAh并不是一個(gè)能量單位，也就是說(shuō)一塊電池能有多大電量用mAh來(lái)表達(dá)并不準(zhǔn)確。mAh 是代表電池中釋放為外部電子使用的電子總數(shù)，和物理上的庫(kù)倫是等價(jià)的。1mAh等于3.6庫(kù)倫電子。手機(jī)多采用mAh作為電池計(jì)量單位原因在于計(jì)量方便。 例如3000mAh電池就能夠維持300mA持續(xù)電流下，手機(jī)工作10小時(shí)。但請(qǐng)記住，mAh不是電池的能量單位。
工作電壓：手機(jī)電池上，我們經(jīng)常見的除了mAh以外，還有工作電壓一說(shuō)。我們常見的說(shuō)法是這塊電池是3.7V 1000mAh電池，或者3.8V 3000mAh電池等。這個(gè)電壓其實(shí)是一個(gè)平均值。大致意思是電池工作電壓的平均值，或者可以理解為電池正常工作時(shí)間最長(zhǎng)的電壓。通 常我們可以看到手機(jī)電池有一個(gè)充電電壓和一個(gè)工作電壓。理論上這兩個(gè)值越大越好。原因在于智能手機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，是需要電池維持在3.6V以上。當(dāng)電池電壓講到 3.6V以下時(shí)，手機(jī)大部分功能就不能使用了，進(jìn)入關(guān)機(jī)狀態(tài)。僅有一小部分功能能在關(guān)機(jī)下利用3.6V以下電壓進(jìn)行工作。如果電池工作電壓越大，也就意味 著電池能工作的時(shí)間越長(zhǎng)。而充電電壓則是電池充滿后不能超過(guò)的電壓。如果超過(guò)這一電壓，有可能發(fā)生危險(xiǎn)。
Wh：Wh是電池的一個(gè)最準(zhǔn)確的能量單位， 其實(shí)很多大型電池都采用了Wh代表電池容量。其實(shí)就連筆記本電池也更多的采用了這一容量單位。Wh是毫安時(shí)和工作電壓乘積而來(lái)。例如一塊1000mAh電 池工作電壓為3.7V，則這款電池容量為3.7Wh。而我們前面所說(shuō)的比容量(或者成為克容量、能量密度)則是電池每一克含有的Wh數(shù)。
簡(jiǎn)單介紹了mAh、工作電壓、充電電壓、Wh之間的關(guān)系，也知道了Wh是最能體現(xiàn)一款手機(jī)電池容量的核心參數(shù)，接下來(lái)我們通過(guò)對(duì)2005年到2014年手機(jī)電池的測(cè)試來(lái)看看這9年間電池發(fā)展是否為一個(gè)瓶頸。
通過(guò)測(cè)試，我們得到了這樣的一張大概為波浪的圖片。并不像我們之前想象的始終小幅上升，反而是有時(shí)急速上升，有時(shí)反倒下降的表格。其實(shí)這里面原 因有很多，首先筆者樣本量不足肯定是導(dǎo)致這一現(xiàn)象發(fā)生的最主要原因。但這幅圖中也蘊(yùn)含著這10年來(lái)智能手機(jī)發(fā)展的幾個(gè)階段。我們這一部分先簡(jiǎn)單向大家解讀 一下。
首先05年到07年，手機(jī)電池能量密度有了一個(gè)巨大的飛躍，增幅大概為40%，主要原因是這期間智能手機(jī)電池從普通液態(tài)鋰電池轉(zhuǎn) 變?yōu)殇囯x子聚合 物電池。經(jīng)歷了07、08、09、10年的小幅上漲后，智能手機(jī)電池容量在11、12年兩年不增反降這其中有兩個(gè)原因：1.在手機(jī)電池做大之后，廠商更加 關(guān)注手機(jī)電池的安全性，在硬殼防護(hù)上做了很大改進(jìn)，導(dǎo)致手機(jī)電池重量上升。2.隨著互聯(lián)網(wǎng)品牌等更多品牌的加入，智能手機(jī)電池質(zhì)量開始出現(xiàn)參差不齊的現(xiàn) 象。最后我們看到13、14年，智能手機(jī)電池比容量達(dá)到目前的頂峰。原因也是兩方面的：1.越來(lái)越多的廠商開始做內(nèi)置電池，在保證安全的情況下省去了硬殼 包裝。2.電池技術(shù)從12年到14年間有了很大進(jìn)步，高端智能機(jī)電池工作電壓普遍從3.7V升至3.8V。
其實(shí)我們可以看到，從05年到14年十年間，智能手機(jī)電池基本上做到了100%的能量密度提升，平均每年7.2%的增長(zhǎng)率，按說(shuō)這一數(shù)字如果換 算成GDP增長(zhǎng)率，那可真算得上是10年騰飛之路了。但怎奈何CPU主頻增長(zhǎng)率1500%，攝像頭像素增長(zhǎng)率5000%，其實(shí)并不是電池發(fā)展遇到瓶頸，而 是其他硬件產(chǎn)業(yè)發(fā)展是在太迅猛了。在大環(huán)境的映襯下，顯得智能手機(jī)電池發(fā)展速度太慢了。也難怪大家都吐槽電池不給力。舉個(gè)例子十年前兩個(gè)人每個(gè)月都掙 100塊。十年后一個(gè)人掙200塊，一個(gè)人掙5000塊，顯然200塊那主兒是被吐槽的一方啊。那究竟智能手機(jī)電池還能不能迎來(lái)飛躍？怎么才能解決智能手 機(jī)續(xù)航不給力的現(xiàn)狀呢？我們通過(guò)開源和節(jié)流兩方面來(lái)向大家簡(jiǎn)單分析下。
智能手機(jī)電池如何開源？
智能手機(jī)電池資源跟所有短缺資源相同，都需要開源節(jié)流。在我們介紹目前手機(jī)電池“開源”創(chuàng)新方面，我們先來(lái)看看時(shí)下智能手機(jī)電池的現(xiàn)狀。前面我們也說(shuō)道了液態(tài)鋰離子電池和鋰離子聚合物電池，兩者之間有何差別呢？
提到智能手機(jī)電池故障，我們首先想到的往往是鼓包、爆炸等詞語(yǔ)。其實(shí)電池鼓包、爆炸等都是液態(tài)鋰離子電池的代名詞。手機(jī)發(fā)展到今天，絕大多數(shù)廠 商已經(jīng)開 始使用鋰離子聚合物電池。鋰離子聚合物電池和液態(tài)鋰離子電池最大的不同就在于電解質(zhì)形態(tài)不同。液態(tài)鋰離子電池采用液態(tài)物體作為電解質(zhì)液，最具代表性的就是 我們常說(shuō)的18650電池，液態(tài)鋰離子電池尤其自身的優(yōu)點(diǎn)：歷史悠久、價(jià)格低廉、安全系數(shù)不錯(cuò)。這也是為神馬目前小到例如小米電源，大到例如特斯拉汽車都 在使用18650電池作為能源。但由于保護(hù)電解質(zhì)液通常需要使用金屬外殼，如果密封不好的話會(huì)出現(xiàn)漏液，如果過(guò)沖(充電電壓過(guò)大)的話會(huì)出現(xiàn)電池鼓包或者 爆炸的現(xiàn)象，時(shí)下越來(lái)越多的智能手機(jī)開始使用鋰離子聚合物電池。
鋰離子聚合物電池相對(duì)于液態(tài)鋰離子電池最大的區(qū)別在于其使用了固態(tài)或膠狀物體作為電解質(zhì)。 安全系數(shù)更高。在出現(xiàn)過(guò)沖的情況下，固態(tài)或膠狀物體會(huì) 出現(xiàn)氣化的現(xiàn)象，更為嚴(yán)重的會(huì)出現(xiàn)燃燒，基本不會(huì)爆炸。而我們時(shí)下常見的手機(jī)爆炸新聞通常是由于鋰離子聚合物電池出現(xiàn)過(guò)沖自燃后引發(fā)手機(jī)內(nèi)部芯片爆炸或手 機(jī)自燃。并不是我們腦海中的手機(jī)電池爆炸。并且鋰離子聚合物電池相對(duì)于液態(tài)鋰離子電池也有明顯的優(yōu)勢(shì)：工作電壓高、能量密度大、自然放電小、重復(fù)使用壽命 長(zhǎng)、沒(méi)有記憶效應(yīng)、內(nèi)阻小、形狀可定制、保護(hù)電路板設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單等。但同樣帶來(lái)的問(wèn)題就是成本較高。
特斯拉使用的松下18650電池
了解了鋰離子聚合物電池和液態(tài)鋰離子電池后，我們來(lái)看看時(shí)下主流的電池構(gòu)成是怎么樣的。時(shí)下主流的鋰電池基本上分為鈷酸鋰離子電池、錳酸鋰離子 電池、磷 酸鐵鋰離子電池、三元電池等等。其中每一類電池各有優(yōu)劣。其中鈷酸鋰離子電池能量密度最大，所以目前智能手機(jī)電池全部采用鈷酸鋰離子電池。其他鋰離子電池 各有優(yōu)劣，例如最新的特斯拉汽車就開始使用三元鋰離子電池替代了鈷酸鋰離子電池。
鈷酸鋰的微觀形態(tài)
鋰作為最活潑的金屬元素，活潑型僅次于氫，顯然是做電池的最佳選擇，但由于其過(guò)于活潑，本身不穩(wěn)定且十分不安全，人們就想到了利用鈷酸、錳酸、 磷酸鐵等 和鋰結(jié)合作為電池正極，用石墨作為負(fù)極打造電池。前面我們說(shuō)到鈷酸鋰離子電池能量密度最大，雖然有著相比于其他鋰離子電池不太安全、工作電壓不高等缺點(diǎn)， 但對(duì)于智能手機(jī)這種小型、需要單塊電池的設(shè)備來(lái)講還是最佳的選擇。前面我們說(shuō)到了開源，如何對(duì)現(xiàn)有電池技術(shù)進(jìn)行開源呢？
采用三維納米網(wǎng)格技術(shù)正極增加鈷酸鋰密度
方法一：提升鈷酸鋰密度。提升鈷酸鋰密度，放電電子增多，庫(kù)倫數(shù)/mAh增大是解決電池容量不足的一個(gè)方法。當(dāng)然我們談?wù)摰氖窃谝欢w積下增大 密度。隨著技術(shù)的革新，鈷酸鋰離子電池正極密度越來(lái)越大。而目前科學(xué)家正在考慮利用納米網(wǎng)狀層來(lái)進(jìn)行鈷酸鋰離子電池正 極的從新分配，從而更大限度的合理利 用正極的安全空間。目 前實(shí)驗(yàn)表明，該項(xiàng)技術(shù)能夠使電池容量成倍增加。但需要注意的是，目前該項(xiàng)技術(shù)僅僅是實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，想想處理器剛剛跨進(jìn)20nm，將納米技術(shù)應(yīng)用在民用級(jí)手機(jī)電 池正極，還得些年頭。并且我們知道鈷酸鋰是有其物理密度的，提升鈷酸鋰密度的方法最終是會(huì)到達(dá)盡頭的。并且在時(shí)下已經(jīng)非常完善的技術(shù)上再提升密度，安全性 和成本對(duì)于廠商來(lái)講還是不劃算的。
方法二：提升工作電壓。工作電壓是由正極材質(zhì)、電解質(zhì)材質(zhì)等等綜 合控制的。前面我們說(shuō)過(guò)Wh=mAh×工作電壓，如果工作電壓能夠提升，也能為電池增加容量。但由于目前手機(jī)電池電解質(zhì)耐壓4.5V，所以充電電壓不能高 過(guò)4.5V，故工作電壓也很難提升。其實(shí)這幾年廠家在工作電壓上已經(jīng)下了很大功夫，從10年前的4.2V/3.7V，已經(jīng)提升到了現(xiàn)在的4.35V /3.8V，千萬(wàn)別小看這0.1V的提升，代表著廠家在正極、電解質(zhì)、過(guò)沖保護(hù)方面做到了極致。相信過(guò)不了多久，就會(huì)出現(xiàn)3.85V工作電壓的手機(jī)電池， 但這也是現(xiàn)有情況下手機(jī)電池工作電壓的極限了。如果真的想筆者所說(shuō)的工作電壓從3.8V提升到3.85V，那么電池容量增幅也僅僅能達(dá)到1.5%，還是杯 水車薪的一件事情。
方法三：異性電池。提升空間利用率是目前廠家很好實(shí)現(xiàn)的一個(gè)方法。目前智能手機(jī)采用很多都采用了弧形設(shè)計(jì)，內(nèi)部電池卻仍舊采用較為方正的矩形設(shè) 計(jì)，不能很好的利用背部弧形的空間。而梯形電池、柔性電池、線纜電池等電池的加入使得智能手機(jī)空間能夠更加合理的利用。在這方面上LG Chem走在前列。之前LG G2就采用了梯形電池大幅提升了電池容量。而剛剛發(fā)布的LG G3搭載了2940mAh的常規(guī)形狀電池，如果能搭載梯形電池有可能電池容量達(dá)到3450mAh，這一提升還是非?？捎^的。但增大體積來(lái)解決電池容量問(wèn)題 終歸是一個(gè)笨辦法。
Li-Air電池技術(shù)
方法四：采用全新材質(zhì)電池。想要智能手機(jī)電池容量提升速度跟攝像頭像素提升速度那么快的辦法目前來(lái)看只有采用新材質(zhì)電池。目前呼聲較高的鋰硫電 池、鋰氧電池雖然號(hào)稱在能量密度上相比目前的鈷酸鋰系電池能夠提升數(shù)十倍甚至上百倍，但由于成本、技術(shù)不成熟、安全性能低等原因目前仍舊停留在實(shí)驗(yàn)室理論 驗(yàn)證和極少量試驗(yàn)品的生產(chǎn)階段。離裝到我們手機(jī)中還極其遙遠(yuǎn)，甚至比前面我們說(shuō)到的采用納米網(wǎng)格增加正極密度還要遙遠(yuǎn)。兒子輩能用上就算是科技突飛猛進(jìn) 了。
三星很早試水手機(jī)燃料電池
方法五：燃料電池。每 當(dāng)我們說(shuō)到電池遇到瓶頸的時(shí)候，都會(huì)聽到燃料電池的聲音。的確鋰作為電池雖然已經(jīng)十分強(qiáng)大了，但別忘了元素周期表中第一位的氫才是能量的王中王。筆者記得 每一代iPhone發(fā)布前夕都有各種各樣的傳言稱iPhone將采用燃料電池。筆者只能說(shuō)理想很豐滿，現(xiàn)實(shí)很骨感。目前燃料電池還不能做到小型商用化，還 不能保證非專業(yè)用戶手中的燃料電池足夠安全。筆者腹黑的想法是燃料電池能量很大，如果進(jìn)入消費(fèi)級(jí)，幾塊手機(jī)電池就能組裝成一顆炸彈，那豈不是天下大亂。還 有每天幻想著核能進(jìn)入消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)的朋友，想想現(xiàn)在的地區(qū)安全局勢(shì)，還是不要做夢(mèng)了。
以上就是智能手機(jī)開源的5種方法，我們也看到了不是目前還處于試驗(yàn)階段的，就是成本過(guò)高的。最靠譜的一種方法——異性電池的應(yīng)用本質(zhì)上仍然是 增 大手機(jī)體積。不能說(shuō)手機(jī)電池近年來(lái)不會(huì)有迅猛發(fā)展，但本質(zhì)上的改變很難，我們理想狀態(tài)下成倍的增長(zhǎng)更是幾乎不可能。既然開源短期內(nèi)很難看到成效，那我們就 來(lái)看看節(jié)流吧。目前有什么技術(shù)能夠降低手機(jī)耗電量呢？
智能手機(jī)現(xiàn)有節(jié)電技術(shù)
有人說(shuō)錢不是攢出來(lái)的，筆者也特認(rèn)同這個(gè)觀點(diǎn)，但在現(xiàn)實(shí)生活中，你不漲工資還不想省錢，想必你也是醉了。手機(jī)也一樣，前面我們說(shuō)了目前開源的方法不太靠譜，文章的這一環(huán)節(jié)我們就來(lái)簡(jiǎn)單講講手機(jī)如何節(jié)電？
快速充電：其 實(shí)快速充電嚴(yán)格意義上來(lái)講并不能算是節(jié)電技術(shù)的一種，但由于實(shí)際操作過(guò)程中確實(shí)能夠?yàn)槲覀儙?lái)續(xù)航方面的便利。文章這里就簡(jiǎn)單向大家介紹一下。其實(shí)時(shí)下很 多快速充電技術(shù)，幾乎我們每隔一段時(shí)間都能看到新聞講到XX大學(xué)研究快速充電技術(shù)能夠在幾秒鐘對(duì)電池完成充電。但其實(shí)快速充電就伴隨著安全性的問(wèn)題。理論 上充電速度越快就越容易出現(xiàn)安全問(wèn)題。我們?cè)谶@里簡(jiǎn)單向大家介紹兩個(gè)目前已經(jīng)應(yīng)用到手機(jī)上的快速充電技術(shù)。那些躺在實(shí)驗(yàn)室中的技術(shù)就選擇性的掠過(guò)了。 QuickCharge 2.0技術(shù)是高通采用的全新快速充電技術(shù)，采用9V/1.2A充電標(biāo)準(zhǔn)，號(hào)稱能在1小時(shí)內(nèi)為手機(jī)充電60%。目前小米4采用了這一標(biāo)準(zhǔn)，而高通也將大力推 廣這一充電標(biāo)準(zhǔn)。小米4售價(jià)1999元?！军c(diǎn)擊查看詳情】。 VOOC閃充技術(shù)是最先采用在OPPO Find 7上的一個(gè)OPPO專利充電技術(shù)。充電速度達(dá)現(xiàn)有充電速度的4被，5分鐘充電時(shí)間能夠?yàn)槭謾C(jī)提供2小時(shí)通話時(shí)間的電量。采用4.5V規(guī)格。需要芯片和 microUSB口同時(shí)支持才能使用。
MIUI 6采用系統(tǒng)級(jí)節(jié)電方式
軟件節(jié)電：目 前很多安卓手機(jī)都號(hào)稱自己采用了獨(dú)家的節(jié)電技術(shù)。其實(shí)安卓手機(jī)軟件節(jié)電基本上是通過(guò)系統(tǒng)級(jí)和應(yīng)用級(jí)節(jié)電完成的。例如小米4采用了全新的內(nèi)存管理和后臺(tái)運(yùn)行 程序機(jī)制，就屬于系統(tǒng)級(jí)節(jié)電。而例如華為從華為P7上開始搭載的屏幕省電，則是通過(guò)降低屏幕分辨率的方式來(lái)進(jìn)行節(jié)電，屬于應(yīng)用級(jí)的省電功能。
全文總結(jié)：其 實(shí)筆者通過(guò)這篇文章簡(jiǎn)單的解讀了一下智能手機(jī)電池的昨天今天和明天。通過(guò)開源節(jié)流兩方面介紹了目前智能手機(jī)電池的發(fā)展趨勢(shì)。作為一個(gè)非專業(yè)人士，筆者深知 目前隨著電動(dòng)汽車等清潔能源交通工具的大熱，無(wú)論是政策因素還是市場(chǎng)因素都給整個(gè)電池產(chǎn)業(yè)帶到了一個(gè)很好的發(fā)展時(shí)期。本文最終目的是給消費(fèi)者對(duì)于智能手機(jī) 電池的一個(gè)大體認(rèn)識(shí)。而對(duì)于專業(yè)人士來(lái)講，如果本文出現(xiàn)描述不準(zhǔn)確的地方，望斧正。