- 從幾個(gè)像素的迷你黑白屏發(fā)展到幾百萬(wàn)像素的震撼全面屏,科技進(jìn)步如此令人瞠目結(jié)舌。 但手機(jī)有一個(gè)重要組件幾十年卻沒有較大改進(jìn),被人們吐槽的最多,那就是電池。
- 在功能機(jī)時(shí)代,手機(jī)的滿電續(xù)航時(shí)間通常都在2-3天甚至更長(zhǎng)也不稀奇,但到了大屏智能機(jī)時(shí)代,手機(jī)的續(xù)航水平卻一下子降到了一天,甚至還不到。
- 為什么電池的發(fā)展就不適用摩爾定律?為什么減小體積,增大容量對(duì)電池來說就那么難?電池的發(fā)展究竟經(jīng)歷了怎樣的歷程?今天,我們就來聊聊手機(jī)電池的,前世今生。
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早期,以技術(shù)成熟的圓柱形鎳鎘電池解決有無(wú)問題
- 上世紀(jì)80年代,世界上第一款真正意義的手機(jī)摩托羅拉DynaTAC 8000X上市。這款方方正正看起來像磚頭一樣的東西,重達(dá)2傍,售價(jià)達(dá)到了3995美元,約合25261人民幣。那么它的電池什么樣子呢?
- 其電池倉(cāng)內(nèi)部設(shè)計(jì)可謂是丑態(tài)百出,六枚圓柱電池被膠帶捆綁,組成一套輸出電壓為7.5V的電池組。相比如今普遍3.8V的電池電壓來說,功耗要高出不少。它所采用的電池,正是在那個(gè)時(shí)代廣泛采用的鎳鎘電池。
- 一個(gè)需要7.5V高電壓供電的設(shè)備,功耗自然了得,盡管配備了如此巨型的電池組,但摩托羅拉DynaTAC 8000X的通話時(shí)間卻只有區(qū)區(qū)二十多分鐘。然而更要命的是,給它充滿電需要長(zhǎng)達(dá)10小時(shí)。
- 除了續(xù)航時(shí)間短,充電時(shí)間長(zhǎng)之外,鎳鉻電池的記憶效應(yīng)也十分嚴(yán)重,無(wú)法讓用戶隨用隨充。
- 但在那個(gè)年代,容量更高的鋰電池和鎳氫電池尚處于實(shí)驗(yàn)室階段,科學(xué)家只能繼續(xù)采用鎳鉻材料,但極力改進(jìn)內(nèi)部空間,以讓電池所占用的體積更小,并且通過采用新的技術(shù)優(yōu)化電路,降低功耗,從而在不斷革新中降低了手機(jī)的體積。
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90年代初,以定制方式,實(shí)現(xiàn)電池的小型化
- 到了90年代初期,隨著2G標(biāo)準(zhǔn)的建立,移動(dòng)通信技術(shù)已經(jīng)越來越成熟,并迎來了爆發(fā)性增長(zhǎng),然而傳統(tǒng)“大哥大”的外形尺寸已經(jīng)成為被用戶抱怨最多的地方,可以說誰(shuí)的手機(jī)設(shè)計(jì)的越小,誰(shuí)就擁有了市場(chǎng)。
- 所以為了小型化,手機(jī)廠商開始拋棄傳統(tǒng)內(nèi)含圓柱形鎳鉻電池的電池倉(cāng),轉(zhuǎn)而采用定制小型化的鎳鉻電池包。
- 1992年十月,諾基亞推出的首款GSM網(wǎng)絡(luò)手機(jī)1011便是采用這種設(shè)計(jì),它的體重控制在了476g,幾乎是早期“大哥大”體重的一半。
- 雖然系統(tǒng)的設(shè)計(jì)電壓依然為7.2V,但得益于改善的功耗控制,該機(jī)的待機(jī)時(shí)間可以達(dá)到12個(gè)小時(shí),3個(gè)小時(shí)的通話時(shí)間是第一代”大哥大“的6倍。
- 但這樣的表現(xiàn)依然需要一天一沖,并且鎳鉻電池的充電時(shí)間都要在10小時(shí)左右,想想還是蠻不方便的。
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什么是記憶效應(yīng)?
- 如果您接觸過90年代的老式手機(jī),一定記得這些手機(jī)在第一次使用的時(shí)候一定要進(jìn)行一次長(zhǎng)時(shí)間的充電,并在每滿一個(gè)月左右的時(shí)候定期進(jìn)行一次深度的充放電。
- 不然手機(jī)的電池容量便會(huì)降低明顯。這就是記憶效應(yīng)。這種現(xiàn)象在早期的鎳鎘電池最為常見,中期的鎳氫電池有些微影響,而到了后期的鋰電池時(shí)代,便不存在這一問題了。所以在鋰電池時(shí)代,我們可以對(duì)手機(jī)隨充隨用。
- 到了90年代,隨著半導(dǎo)體電路技術(shù)的進(jìn)步,手機(jī)的體積在工程師的圖紙上變得越來越小巧,但唯獨(dú)電池的體積,卻并不能像整機(jī)那樣成比例的縮小。
- 原因大家都很清楚,鎳鎘電池所能提供的電量有限,想要讓手機(jī)擁有不錯(cuò)的續(xù)航則僅能維持較大的電池空間占比。
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1990年,鎳氫電池開始商用
- 鎳氫電池的問世,讓業(yè)界看到了手機(jī)電池新的希望,因?yàn)檫@種電池技術(shù)成本并沒有比鎳鉻電池增加多少,但電池容量卻有了顯著提升。
- 還有令設(shè)計(jì)者非常開心的是,相比鎳鉻電池,鎳氫電池不僅更加環(huán)保,而且記憶效應(yīng)也要比之更不明顯,可謂是非常理想的替代產(chǎn)品。
- 對(duì)于90年代初期的手機(jī)用戶來說,手機(jī)的形態(tài)就是一塊磚。然而有一款手機(jī)顛覆了所有人的認(rèn)知,那就是——摩托羅拉StarTAC,它采用貝殼式翻蓋設(shè)計(jì),一只手便可輕松握持,而能夠達(dá)到如此mini的身材,當(dāng)然與小型化的電池設(shè)計(jì)是分不開的。
- 在摩托羅拉StarTAC身上采用了一塊小巧的鎳氫電池,電池的電壓也從傳統(tǒng)的7.5V降到了3.6V。
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鋰電時(shí)代,從步履蹣跚到統(tǒng)治全局
- 1992年,索尼研發(fā)多年的鋰離子電池終于投入商業(yè)使用,但由于高昂的售價(jià)以及并不突出的電量?jī)?yōu)勢(shì),讓其只能在自家的產(chǎn)品上小試拳腳。
- 然而,這一切隨著1994年的一句廣告語(yǔ)而打破,那年戴爾的筆記本產(chǎn)品首次采用鋰離子電池。
- 并且打出了:”戴爾筆記本電腦,讓你在飛機(jī)上從紐約用到洛杉磯!“這句廣告語(yǔ)就好比:”充電五分鐘,通話兩小時(shí)“一樣讓當(dāng)時(shí)的人們記憶猶新。
- 此后,很多手機(jī)廠商便將自家產(chǎn)品用的是鋰離子電池作為產(chǎn)品的一大賣點(diǎn)。這也奠定了鋰離子電池后來碾壓鎳氫電池,成為手機(jī)標(biāo)配的基礎(chǔ)。
- 還記得之前,我們聊到的摩托羅拉StarTAC嗎?該機(jī)當(dāng)時(shí)還推出了鋰離子電池作為配件,但只能選裝,并且需要支付相比原裝鎳氫電池更高的費(fèi)用。由于鋰電池能夠帶來更高的電池容量,所以當(dāng)時(shí)這個(gè)配件十分受歡迎。
- 到了90年代末期,隨著鋰電池材料技術(shù)的革新,以及制造技術(shù)的進(jìn)步,容量與成本雙雙降低,再加上鋰電池沒有記憶效應(yīng)的優(yōu)點(diǎn),所以獲得了越來越多手機(jī)廠商的青睞。鋰電時(shí)代到來了!
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21世紀(jì)初,手機(jī)形態(tài),煥發(fā)新生
- 時(shí)間來到二十世紀(jì)頭十個(gè)年頭,我相信這是80、90后的手機(jī)愛好者最幸福的年代。因?yàn)樵谶@十年,有太多外觀富于想象力的產(chǎn)品面世,例如下面的機(jī)型:
- 手機(jī)電池的形態(tài)一直在進(jìn)化,并潛移默化的影響著手機(jī)的外觀。起初,由于它占用的體積巨大,所以手機(jī)的體積也巨大;后來,電池縮小了不少,手機(jī)也開始出現(xiàn)翻蓋這種顛覆性的設(shè)計(jì)。
- 而到了再后來,當(dāng)電池可以輕松埋在手機(jī)內(nèi)部隱藏起來的時(shí)候,手機(jī)的設(shè)計(jì)便開始天馬行空起來。可以看出,手機(jī)電池的大小,對(duì)于手機(jī)外觀的影響是多么巨大!
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鎳鉻與鎳氫電池為什么會(huì)淘汰?
- 鎳鉻電池含金屬鉻,會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染,并且這種電池記憶效應(yīng)明顯而電量又不占優(yōu)勢(shì),對(duì)于需要隨用隨充的手機(jī)來說不太合適,所以會(huì)被淘汰。
- 而鎳氫電池,雖然十分環(huán)保,但具有較輕微的記憶效應(yīng),但隨著技術(shù)的成熟這個(gè)問題已經(jīng)得到緩解。相比鋰離子電池,它在容量上存在硬傷,而且隨著后者成本的降低,鎳氫電池的成本優(yōu)勢(shì)不再,所以最終鋰離子電池將二者取代。
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為什么市面上全都是5號(hào),7號(hào)鎳氫充電電池,而不是鋰電池?
- 因?yàn)樵谠缙冢?號(hào)電池的電壓規(guī)定為1.2V,并且在這一標(biāo)準(zhǔn)下誕生了很多商品,例如鐘表,錄音機(jī),遙控器等產(chǎn)品,而鎳氫電池的平臺(tái)電壓剛好是1.2V,并且從循環(huán)次數(shù)和成本方面要比鋰電池更勝一籌,所以擁有3.7V平臺(tái)電壓的鋰電池便沒有了多少存在的意義。
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大屏?xí)r代——電池再次成為發(fā)展的瓶頸
- 2007年,蘋果發(fā)布iPhone,正面一塊大屏,一個(gè)按鍵,一個(gè)聽筒,就是你看到的全部。如此極簡(jiǎn)的設(shè)計(jì)在當(dāng)時(shí)引起不小轟動(dòng),但后來這種大屏設(shè)計(jì)卻仿佛成了行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn),一直延續(xù)至今。
- 然而,在這種設(shè)計(jì)之下,電池再次成為制約手機(jī)發(fā)展的瓶頸,因?yàn)槭謾C(jī)的續(xù)航時(shí)間再次回到一天一充的水平。
- 我們隨便拆開如今的一部手機(jī),便會(huì)發(fā)現(xiàn)它的內(nèi)部,電池占據(jù)了絕大部分空間。而且如今的鋰電池比以往任何時(shí)候的能量密度都要高。
- 但這也架不住我們對(duì)手機(jī)越來越深的依賴,導(dǎo)致屏幕,處理器,內(nèi)存等電子元件大口大口的吞噬來自電池釋放出的電子。手機(jī)的設(shè)計(jì)者們也在不停地在尋找解決方案。例如下面這些例子:
- 在我拆解過的中興天機(jī)MAX手機(jī)內(nèi),設(shè)計(jì)者利用鋰離子聚合物電池可以自由塑造形態(tài)的特性,而打造出了層疊電池,來壓榨手機(jī)內(nèi)部?jī)H存的那么一點(diǎn)空間。但這樣的成本較高,收效卻較小,所以并沒有成為主流。
- 蘋果用iPhone X告訴我們,一個(gè)鋰離子電池解決不了的問題,那我們就用兩個(gè)來解決。但根本問題在于電池依然占據(jù)絕大部分空間,手機(jī)的續(xù)航也并沒有突出表現(xiàn)。
- 而另一種曲線救國(guó)的方法,成為業(yè)界的主流,那就是引入快充技術(shù)。然而充電過快,對(duì)于電池的安全以及壽命都會(huì)有影響。
- 為此,有的廠商開始對(duì)電池材料本身動(dòng)手腳了。在榮耀Magic的電池內(nèi),華為引入了一種新的鋰離子聚合物電池技術(shù),通過引入雜原子,改變石墨負(fù)極的分子結(jié)構(gòu),從而實(shí)現(xiàn)了在不影響電池壽命的前提下,快速充電。
- 而充電的最高功率,高達(dá)40W。這讓該機(jī)充滿電的時(shí)間不超過一個(gè)小時(shí)。
- 但快充技術(shù)無(wú)論多么先進(jìn),必須擁有合適的充電環(huán)境以及器材的制約,便決定了它無(wú)法從根本上解決如今手機(jī)續(xù)航不足的問題。
- 那么問題來了,為什么電池進(jìn)步這么困難?
- 在過去20年里,手機(jī)的供電材料幾乎被鋰離子電池統(tǒng)治著,但是相比屏幕,處理器等原件,電池的技術(shù)進(jìn)步卻并不明顯。
- 但當(dāng)我們?yōu)榇硕乖甑臅r(shí)候,其實(shí)電池研發(fā)的科學(xué)家們或許比我們還焦躁,因?yàn)樗麄儙缀醢言刂芷诒砩纤性厮芙M成的物質(zhì)都進(jìn)行了推演,力求找到新的正負(fù)極材料。
- 但即想要它足夠安全,又要它具備足夠多的能量以及極高的充放電循環(huán)次數(shù),還要滿足工業(yè)化的低成本生產(chǎn),想要做到這些要比單純提升晶體管工藝,增加屏幕尺寸難得多得多.......
原標(biāo)題:終于說清了!手機(jī)電池為啥進(jìn)步這么困難1.《startac 手機(jī)電池幾十年卻沒有較大改進(jìn) 進(jìn)步困難背后揭秘》援引自互聯(lián)網(wǎng),旨在傳遞更多網(wǎng)絡(luò)信息知識(shí),僅代表作者本人觀點(diǎn),與本網(wǎng)站無(wú)關(guān),侵刪請(qǐng)聯(lián)系頁(yè)腳下方聯(lián)系方式。
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