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手机电池技术未来几年内有没有突破的可能？

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发表于 2017-12-14 10:42:48 | 只看该作者回帖奖励

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手机电池技术未来几年内有没有突破的可能？

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发表于 2017-12-14 10:42:48 | 只看该作者来自： LAN 来自 LAN

短期内基本没有革命性突破的可能，目前的技术无非是对现有的各种电极材料进行改性，开发出一种新材料并达到产业化非常困难，几年内不可能实现。

磷酸铁锂电池同样是锂离子电池一种，它的比容量相对较高，结构稳定，安全性好，放电曲线非常平滑，因此被认为是动力电池最热门的正极材料。然而它的缺点同样突出，低温性能很差，大电流放电性能不高。魅族的M8曾经采用过比亚迪的磷酸铁锂电池，经常有用户报告说冬天电池突然掉电至10%，被称为“电池门”，我怀疑这是磷酸铁锂在低温下性能大幅下降导致，比亚迪在这方面技术还不大成熟。

而且，磷酸铁锂材料本身安全性好，并不代表磷酸铁锂电池的安全性好。磷酸铁锂电池已经有过好几起燃烧爆炸的案例。目前电池安全性的瓶颈在负极，也就是石墨。

关于快充，上面提到MIT教授Ceder于2009年发表的那篇文章。这篇文章当时引起很大争议。07年投稿Nature，09年才发表，科学界看法不一。发表之后，锂电大牛，也是磷酸铁锂材料的发现者Goodenough老先生曾经提出14点予以批驳，其中大部分疑问是合理的。因此，我的观点是这一技术不可能商业化。而快充本身，过大的电流更容易导致电池内部电极结构遭到不可逆破坏，造成容量衰减。我认为，快充是以寿命换时间，不可取。

我赞同赵世奇的说法，要想延长待机时间，短期内可能还是要靠芯片厂商在降低功耗方面的努力。

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3^#

发表于 2017-12-14 10:42:48 | 只看该作者来自： LAN 来自 LAN

手机电池方面，目前研究的人有，但是能带来革命性进步的，恐怕几年内很难达到。

关于磷酸铁锂电池，优势很多，缺点也很明显，那东西做小电池不必其他锂电池好多少，因为正极结构原因，一直都是作为电动汽车的优先选择。
关于燃料电池，这个是一个美丽的扯，以碳氢化合物为基础的燃料电池一直受催化剂的影响，氢气就更麻烦，还要涉及储氢问题。
新材料的涌现，可能会带来一些小惊喜，但是不报太大希望，几年内难以实现工业化。

个人觉得，目前更容易下手的，反而是cpu、电路的耗电问题，intel新推出的Tri-Gate系列以及可预见的更多低功耗cpu都能有效的降低功耗，从而提升电池使用时常。电路耗电问题也已经有了一些成果，但是屏幕这种耗电大户的进展依旧缓慢。

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发表于 2017-12-14 10:42:48 | 只看该作者来自： LAN 来自 LAN

无线充电现在已经有了。在讨论这个问题的时候大家多想的是如何在原有的构架上考虑问题，就象计算机就考虑如果在单机实现100T存储容量一样，其实我们通过云存储已经很容易达到和超过这个数量。而电池也是一样的道理，我们追求在单机上达到什么样的标准，不如考虑一下如何采用一个新的模式来解决手机供电问题。比如，象WIFI一样随时无线供电，或象自动手表一样的生物能转换或光能转换或苹果已经申请专利在家庭环境智能供充电。这些都是解决之道。

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5^#

发表于 2017-12-14 10:42:48 | 只看该作者来自： LAN 来自 LAN

其实无线充电的普及也许就在一夜之间。毕竟，它所耗费的电能并不多，只是这个商业模式如何建立，目前还不确定。
我有一个相法就是，无线充电可以作为招揽顾客的一个手段。例如餐厅，如果餐桌本身就是一个充电台，来吃饭时把手机放桌子上就可以充电，我本人是很乐意去这样的餐厅用餐的——自己吃饭，也给手机“吃饭”，多美好的事儿啊！

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6^#

发表于 2017-12-14 10:42:48 | 只看该作者来自： LAN 来自 LAN

近几年锂电池容量每年大约以 9% 提升，长期以往可观的 [1]。笔记本电脑常用的 18650 型锂离子电池，几年前容量 8WH 左右，如今已增加到 11WH [2]，甚至 12WH，明年松下的硅阳极锂电池，容量为 13WH [3]。

2008 年，Tesla Roadster 采用单芯 8WH 电池，续航 200 英里。今年 Model S 使用的是单芯 12WH 的松下电池，顶配版续航 300 英里。有人预计 2014 年量产的 Model X 可能利用新电池达到 400 英里的续航。这种对比虽然粗浅，但也证明容量提升的影响是可观的。

以上是已成量产的情况。电池 startups 面临材料或产能难题，Armprius 的纳米线阳极能提升容量四倍，但依赖阴极材料的进步。Actacell 提高的幅度类似，商业化生产仍没有消息。

[1] Elon Musk 的话。实际上，过去十多年来，每年提升约 5%。
[2] 松下 NCR-18650A 型电池，12WH 为 NCR-18650B 型。
[3] 3.4V, 4.0AH，阳极材质由碳转为硅。

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7^#

发表于 2017-12-14 10:42:48 | 只看该作者来自： LAN 来自 LAN

第六年了还是没有什么突破。。。。

果然5年过去了还是没有什么重大突破。。

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8^#

发表于 2017-12-14 10:42:48 | 只看该作者来自： LAN 来自 LAN

谢邀，总的来说：很难。
我们之前曾走访了国内几家电池／电源设备制造商和两家研究所，大家对于适用于消费电子的电池技术在未来几年的革命性技术突破均不抱乐观态度。
技术进步跟不上需求增长

首先，信息科技的发展日新月异，消费级的电子产品也频频迭代。随着手机集成CPU主板的升级的和机载应用的增加，大众对手机电池的容量需求越来越大。
欧洲知名研究机构法国Avicenne Energy曾对消费电子的电池需求市场做过调查，自1995年锂离子电池逐进入市场以来，全世界对电池的需求高达200000万兆瓦时。截止20年后，也就是2013年，这一需求已经翻倍。
同样，据市场研究公司Lux Research预测，到2020年，用于驱动电子设备的电池花费将高达266亿美元，比2014年大约增长了30%。
然而，美国加州高级电池初创企业恩维亚公司的联合创始人和业务开发主管迈克尔·辛库拉(MichaelSinkula)却发现自1995年至2007年电池所存储的能量才刚刚翻了一倍，更悲观的是恩维亚相信直到2021年大多数电池存储的能量可能都不会翻倍。
“元素周期表非常有限”

本质上，电池放电就是化学键的释放，属于电化学／材料学工业范畴。不同于电子设备，可以依赖摩尔定律将产品越做越小，电池的体积很大程度上决定了它所能存储的物质能量。锂电池的原理非常简单，就是正极、负极依赖于氧化还原反应，带电的锂离子在电解液中来回穿梭；然而锂电池系统却是一个非常复杂的系统，需要考虑到的因素方方面面。
电池的化学反应不像核反应能释放原子核的巨大能量，要想获得长久供电，只能不断探索新的正负极材料。目前，应用于消费电子的锂电池，在负极材料方面大多采用石墨材料，正极方面多是钴酸锂。
虽然前段时间由石墨烯技术取得突破的媒体报道，有望可以在负极材料方面取得重大成功，但石墨烯的价格奇高，电位也较高，储能效率也较低，而且SEI膜形成过程中存在大量不可逆容量，预锂化处理与制造难度大，商业应用目前几乎不可能。正极方面，最好的选择一直都是钴酸锂，容量高、循环性能好，只是钴酸锂较贵，但依旧可以使用三元的镍钴锰或者容量差一些的磷酸铁锂来替代。
在现有的材料中，正极的钴酸锂和负极的石墨是一对最佳拍档，想要获得性能更优的新材料，只能靠一次一次的试验去检测，并没有数学模型可以作预先的推导。所以，新的电池材料技术取得革命性进展靠的是上天的垂怜而不是人类理性的光辉，在电池正负极材料的探索方面，人类对于元素周期表的利用已接近极限。
其次，电池系统是一个复杂的多变量系统。即使找到更优的正负极材料搭档，可在商业化这项产品时，还需要考虑到充电放电循环过程中不能出现较严重的副反应？材料本身的稳定性是否有保证？循环稳定性是否优秀？安全性能不能得到保障？材料成本是否可以覆盖大多数普通用户的支付能力？充电放电的速率是否会有明显倒退？大功率放电时的安全性是否考虑到等等一些列问题。
替代性方案思考

所以，我们能否跳脱出传统电池工业的思维来思考新的替代方案呢？毕竟5G时代很快就会来临，届时高清影视、视频通话等等耗电更厉害的手机应用或许会给我们的手机电池容量造成更大压力。
超级电容和无线充电是目前研究比较活跃的用于替代传统电池的新方案，不过超级电容虽然在技术上比较成熟，可以反复充放电几十万次，而且充电速度特别快，但放电快、体积巨大等缺点几乎让它和消费电子无缘。
至于无线充电，请参考我们之前的回答无线充电的技术原理是什么？
以上。

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9^#

发表于 2017-12-14 10:42:48 | 只看该作者来自： LAN 来自 LAN

受制于与正负极材料的技术突破，其不管是铁系，钴系，锰系，还是三元，其克容量都没有太大的突破，再加上其卷绕的电池形式（力神，ATL都是卷绕工艺电芯toipad/iphone），其工艺上许多问题限制，尺寸限制住了。我以为，电池容量的提升还是需要其原材料的突破，或者发现新的材料体系来实现

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10^#

发表于 2017-12-14 10:42:48 | 只看该作者来自： LAN 来自 LAN

我反倒觉得既然现在电池发展速度慢，创新材料和方式比较难的前提下。考虑充电方便最实在，无线充电只是一个方向，而且距离毕竟太有限了，palm的点金石，nokia的无线充电技术其实没有革命性的提高。
因此我的建议是手机尽量丰富充电的方式，比如完美的融合太阳能转换器，比如手摇式，摇晃充电等等。毕竟大多数时候只是为电池续航为主，而不是要求容量有多大。想想你出门在外，可以通过放在太阳下、晃动一会就能为你手机增加电量，这应该才是最贴近使用者的需求模式。

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11^#

发表于 2017-12-14 10:42:48 | 只看该作者来自： LAN 来自 LAN

其实核电池技术也已经进入实用阶段了，心脏病人植入的最新型号的心脏起搏器，用钚电池，可以做到10年不更换。但要攻克人们对核的恐惧心理，恐怕还有相当长的路要走。

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发表于 2017-12-14 10:42:48 | 只看该作者来自： LAN 来自 LAN

果然6年过去了还是没有什么重大突破

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发表于 2017-12-14 10:42:48 | 只看该作者来自： LAN 来自 LAN

看看提问时间，好几年过去了，果然没有任何突破的迹象……在可见的未来几年，估计也突破不了。

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发表于 2017-12-14 10:42:48 | 只看该作者来自： LAN 来自 LAN

2018都要来了，看来还是没希望

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发表于 2017-12-14 10:42:48 | 只看该作者来自： LAN 来自 LAN

能不能没电的时候换电池，跟加油一样，开车的人也不是背个加油站跑路吧，电池是租的，产品标准做一致

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发表于 2017-12-14 10:42:48 | 只看该作者来自： LAN 来自 LAN

先说结论：手机电池技术的突破有可能，但是非常难！
与其期待电池技术的突破，不如期待充电方式的突破！
3C类数码电池的发展目标是体积小、容量大、安全、寿命长。
但是，这些目标受电池材料自身的化学特性决定，有理论最大值且不可并存。这些原因网上很容易查到，不再赘述。
下面说充电方式，既然不可能做到体积又小容量又大，那可以选择两种方式：
1、快速充电，喝杯茶的功夫电就满了，这种方式的好处不多讲（貌似这个也可以算作电池技术的突破）。
2、无线充电，随时随地都在充电（目前好像也就只有手机放在特定位置的无线充电，方向不对的话充电还贼慢），地铁上、公路上、野外，手机揣在兜里，放在包里，只要电磁波存在的地方，搁哪哪都在充电，妈妈再也不担心我像狗一样被电线拴在插座边上了，想想都激动。

这些充电方式的突破才是我们最有希望看到的吧。

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发表于 2017-12-14 10:42:48 | 只看该作者来自： LAN 来自 LAN

突然想起来可以手摇发电啊哈哈哈

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发表于 2017-12-14 10:42:48 | 只看该作者来自： LAN 来自 LAN

马上2017年底了，依然看不到什么希望。人类电子产品好多瓶颈在电池技术上。祈祷

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发表于 2017-12-14 10:42:48 | 只看该作者来自： LAN 来自 LAN

石墨烯电池有望问世

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20^#

发表于 2017-12-14 10:42:48 | 只看该作者来自： LAN 来自 LAN

如果催化剂的问题能够解决，还有设备小型化，散热系统进步，那么燃料甲醇电池会是可以的。当然更多的时候是用应急，当作便携移动电源，而不是集成于手机。
不过按照我预计，大概需要等到2030年以后。
ps 我看好质子交换膜燃料电池

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