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5G時(shí)代已來(lái)!消費類(lèi)電子電池技術(shù)亟需變革

相信不少人在外游玩或者購物時(shí),都遇到過(guò)手機電量不足、又無(wú)法找到地方充電的尷尬情景。

隨著(zhù)5G通信時(shí)代的到來(lái),新一代消費電子產(chǎn)品迅猛發(fā)展,在高速率、大容量、低延時(shí)的通信技術(shù)革新背后,對于設備載電量的需求也將越來(lái)越高。

那么,面對當下不斷升高的設備載電需求,適用于消費類(lèi)電子設備的鋰電技術(shù)有哪些新的研究進(jìn)展?未來(lái)電池技術(shù)的革新方向又會(huì )朝哪里走去?

近日,業(yè)界知名專(zhuān)家——復旦大學(xué)化學(xué)系夏永姚教授、中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì )動(dòng)力電池應用分會(huì )研究部周波主任接受了中國科技網(wǎng)采訪(fǎng),分享了5G通信時(shí)代全面到來(lái)對消費類(lèi)電子電池技術(shù)帶來(lái)的挑戰與顛覆。

5G時(shí)代!消費類(lèi)電子電池技術(shù)亟需變革

鋰硫電池結構示意圖

5G時(shí)代,萬(wàn)物互聯(lián)離不開(kāi)強勁“電量”

平板電腦、藍牙音箱、智能手機、消費機器人……消費類(lèi)電子產(chǎn)品種類(lèi)不斷增多,一方面,這些消費類(lèi)產(chǎn)品的出現給人們帶來(lái)了實(shí)實(shí)在在的便捷體驗;另一方面,人們也會(huì )經(jīng)常看到此類(lèi)產(chǎn)品的實(shí)際使用者抱怨產(chǎn)品存在這樣或那樣的不盡如人意之處。

“5G時(shí)代的到來(lái),絕不僅僅是網(wǎng)速的改變這么簡(jiǎn)單,背后離不開(kāi)一系列的動(dòng)力支撐體系。”中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì )動(dòng)力電池應用分會(huì )研究部主任周波認為,如果說(shuō)互聯(lián)網(wǎng)讓人與物之間的連接結合得更緊密,那么5G時(shí)代的到來(lái),不僅提高了這種連接的速度,更是讓物與物之間可以做出基礎的配合。

“手機沒(méi)電又遇上急事,這個(gè)時(shí)候我們就特別希望能夠有一個(gè)電量超級多的手機電池。”周波介紹,目前市面上大多數的手機、平板電腦等移動(dòng)電子產(chǎn)品使用的電池大多都是鋰離子電池,雖然設計者一直通過(guò)各種方法讓電池的容量不斷變大,但與消費電子產(chǎn)品迅速的革新速度相比,依舊讓人倍感勞心。

周波認為,萬(wàn)物互聯(lián)的5G時(shí)代無(wú)疑將會(huì )帶動(dòng)各類(lèi)移動(dòng)裝置對硬體效能的需求,包括手機、可穿戴類(lèi)電子產(chǎn)品、物聯(lián)網(wǎng)裝置、無(wú)人機,等等。在此背景下,電池的續航能力能否支撐住5G帶來(lái)的高速運算需求,將會(huì )是一個(gè)值得關(guān)注的重要課題。

產(chǎn)業(yè)創(chuàng )新,新一代電池技術(shù)落地尚未成熟

“目前,3c市場(chǎng)中技術(shù)較為成熟的電池就是鈷酸鋰,鈷酸鋰也是消費電子市場(chǎng)應用最廣泛的正極材料。”復旦大學(xué)化學(xué)系教授夏永姚介紹,目前來(lái)說(shuō)市面上主流的商業(yè)化鋰電池正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料(鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰)等,后三種主要需求在動(dòng)力電池,鈷酸鋰更多是用在消費類(lèi)電子領(lǐng)域。

對于消費類(lèi)電子電池而言,夏永姚認為,鋰離子電池的輸入輸出性能主要取決于電池內部材料的結構和性能,包括負極材料、電解質(zhì)、隔膜和正極材料等。而鈷酸鋰電池具有比重大、體積和重量能量密度都高等優(yōu)點(diǎn),因此成為消費類(lèi)電子產(chǎn)品的最佳選擇。

不過(guò),隨著(zhù)5G時(shí)代的到來(lái),消費電子產(chǎn)品不斷推陳出新,人們對電池容量的需求也在直線(xiàn)升高,需要電池產(chǎn)品具有更大的靈活性、更長(cháng)的運行時(shí)間、更低的成本和更高的安全性。消費電子設備本身的特性也對新一代電池技術(shù)提出了更為苛刻的要求,體積不斷小型化和電池容量之間的矛盾,充放電速度與充放電次數之間的矛盾,等等都是亟待解決的問(wèn)題。

“我們說(shuō)新一代電池技術(shù),主要是指以金屬鋰為代表的負極電池。”夏永姚認為,包括鋰硫電池、鋰空電池等都是下一代電池研究方向,盡管金屬鋰能量密度會(huì )很高,但仍然存在充放電過(guò)程中枝晶生成引起安全隱患及充放電庫侖效率低的問(wèn)題,尤其是鋰空電池技術(shù)目前來(lái)看還是非常遙遠的事情,鋰硫電池技術(shù)也不成熟。因此他認為新一代電池技術(shù)在十年之內商業(yè)化落地不太可能。

對于企業(yè)而言,除了在現行技術(shù)框架下電池的穩定性和使用壽命上下足功夫之外,更需要有前瞻性的技術(shù)革命意識,不斷加大對新材料和新型電池技術(shù)的探索與研究,才能在5G到來(lái)之時(shí)立于不敗之地。

此外,夏永姚還告訴記者,隨著(zhù)可穿戴設備為代表的的新型消費電子產(chǎn)業(yè)不斷增加,對消費鋰電池的需求也在進(jìn)一步增加,而可穿戴設備通常使用的是固態(tài)鋰電池的薄膜電池技術(shù),薄膜電池在技術(shù)、工藝上基本上比較成熟,如銀行卡、VR、手環(huán)等可穿戴設備等。根據艾媒咨詢(xún)的預測,僅VR行業(yè)對鋰電池需求規模到2020年預計將超過(guò)550億元。

變革前夜,快充技術(shù)與共享充電寶的空間

談及消費類(lèi)鋰電池的未來(lái),周波認為有兩大發(fā)展趨勢:一是技術(shù)創(chuàng )新,如加大對正負極材料的替代研究,滿(mǎn)足消費類(lèi)用戶(hù)對電池體積與容量的雙重要求;二是安全性能,對于大容量、高密度的電池新技術(shù)從實(shí)驗室走向商用市場(chǎng)時(shí)需保持更加審慎的態(tài)度。

目前,市面上為了滿(mǎn)足用戶(hù)對續航指標的需求,當下眾消費類(lèi)電子商家本身也在嘗試從多方面來(lái)提升電池的使用體驗,比如手機領(lǐng)域知名的快充技術(shù),中國的華為、OPPO、Vivo在這一領(lǐng)域都有著(zhù)出色的表現。

“絕大多數的手機都采用了快充技術(shù),這一技術(shù)相當普及。”周波認為,快充技術(shù)采用了高電壓的電流,通過(guò)提升充電的電壓,最終提升手機的充電速率,從而縮短手機的充電時(shí)間,因而在充電速度上得到了明顯的提升。

“傳統鋰電池與快充技術(shù)的結合,雖然不是最新的技術(shù),但它卻是容易實(shí)現的一種電池搭配。”周波表示,盡管快充技術(shù)作為電池技術(shù)全面革命到來(lái)之前的一項替代方案,但其本身也有一些無(wú)法避免的劣勢——電池正極結構其實(shí)是很脆弱的結構,大電流充放電會(huì )造成顆粒破碎,破碎后表面積增大、電解液覆蓋不足,就會(huì )導致電池容量縮小、壽命減短。

雖然具有革命性的新一代電池技術(shù)在十年之內商業(yè)化落地不太可能,但隨著(zhù)5G時(shí)代的到來(lái),高清影音通話(huà)、大功率的物聯(lián)應用等必將給手機等消費電子增加難以想象的壓力。在電池技術(shù)亟需系統性變革的前夜,除了剛剛提到的快充技術(shù),國內創(chuàng )投市場(chǎng)目前選擇用共享充電寶的模式來(lái)解決用戶(hù)的手機電量續航問(wèn)題也不失為一項有益的嘗試。


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