电池续航力的提升决定着电动汽车的命运,科研人员在追求化学与材料的新发现,车企与电池供应商在合力降低成本增加能量。在不断涌现的新技术中,替代锂离子化学成分的各种研究大量投入,有一些成为了热门应用和解决方案。
手机电池貌似提高很快,动力电池呢?
消费级市场(笔记本、手机、MP3等)作为锂离子电池(下称锂电池)最早的“东家”,为锂电池的推广做出了巨大的贡献。今天,智能手机大行其道,电池再一次成为了制约智能手机发展的关键因素之一。这与如今的新能源汽车市场有几分相似。
对于电池能量密度的描述,一般有质量比能量和体积比能量两种说法。所谓质量比能量,就是每kg电池所携带的能量的多少,比如动力电池市场,多是以质量比能量去描述的。所谓体积比能量,一般指电池单位体积下所承载的能量的数量。目前主流手机电池的容量在2000~3000mAH,这样的容量的电池,其质量往往只有几十克,所以在移动消费级市场中,更关心的是电池的比体积能量。
反观近十年手机电池的发展,大概可以分为三个阶段。
第一个阶段,锂离子聚合物电池的兴起。
传统的锂离子电池使用的是普通液态锂电解质,但是在2005年以后,聚合物电解质的锂离子电池开始崭露头角。相对于之前的液态锂离子电池来说,聚合物锂离子电池除了在电化学特性上更有优势外,更重要的,是塑型更加灵活,能让电池做的更薄,体积利用率更高。
第二个阶段,手机电池的稳定期。
2010年以前,尤其是2007年以前,锂离子聚合物电池的兴起让手机电池容量有了长足的提高。但是随着技术的成熟,电池比能量提高的速度开始减缓。更重要的是,随着电池能量的加大,安全问题开始浮现在我们眼前。很多厂家开始着眼于提高电池的安全性指标,在电池的外壳防护上下了一些功夫。虽然不能提升电池的能量密度,但是在长期发展来看,还是必要的。因为能量密度增加,出现问题的损失也会越大。
第三个阶段,手机电池的第二次能量密度提升。
到2013年以后,手机电池开始有一次的提升了能量密度。这里面有材料的原因,电池厂家通过改善工艺,提高了材料的压实密度,或通过其他的手段,让电池的容量有了进步。同时,即iPHONE之后,市场上越来越多的手机电池变得不可拆卸。通过电池和手机的“一体化”,省去了原来电池的硬壳保护,提升了电池的能量密度,或者根据电池结构,开发异型电池等。除此以外,更直接的一种方法,是提高电池的电压。普遍的,通过将电压平台提高0.1V左右,提高电池的能量。这与前一段比亚迪的磷酸铁锰锂电池有异曲同工之妙。
目前,主流的手机电池能量密度保持在600Wh/L左右,有些厂家的产品会稍微高一些,比如小米手机,电池能量密度在620Wh/L以上,一款金立手机能量密度达到650Wh/L。使用的哪种手段,还请对号入座。曾有报道说,当能量密度达到700Wh/L的时候,可能使电池的可充分循环寿命小于300次,爆炸的隐患大大增加。
既然提高电压有如此多的害处,为什么大家还要这么去做呢?这让我想起了一个故事。以前圆珠笔和钢笔的笔芯粗细度是一样的,但是有一个问题,就是圆珠笔书写2万字左右,就会出现漏油,主要原因就是笔珠的磨损寿命就在2万字左右,当所有人都在研究耐磨材料的时候,有个叫田腾山郎的日本人,开发了一款产品,就是让笔芯的油墨在2万字之前用完。这与现在的手机电池的研发思路有相似之处。
智能手机,已不再是当年“用到坏”传统手机,而是像电脑一样,用一段之后,就需要更新升级。因此可能还没到电池出现问题的时候,手机已经淘汰了。虽然我个人认为,提高电池电压平台,实际上是一个比较冒险的方式,对电池的稳定性和寿命,都有着潜在的影响。但是目前看,适当的提高一点电池的工作电压,起码市场对这种做法还是接受的。
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