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

隨著5G通信時(shí)代的到來，新一代消費(fèi)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(duì)于設(shè)備載電量的需求也將越來越高。

那么，面對(duì)當(dāng)下不斷升高的設(shè)備載電需求，適用于消費(fèi)類電子設(shè)備的鋰電技術(shù)有哪些新的研究進(jìn)展？未來電池技術(shù)的革新方向又會(huì)朝哪里走去？

近日，業(yè)界知名專家——復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系夏永姚教授、中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)動(dòng)力電池應(yīng)用分會(huì)研究部周波主任接受了中國(guó)科技網(wǎng)采訪，分享了5G通信時(shí)代全面到來對(duì)消費(fèi)類電子電池技術(shù)帶來的挑戰(zhàn)與顛覆。

鋰硫電池結(jié)構(gòu)示意圖

5G時(shí)代，萬物互聯(lián)離不開強(qiáng)勁“電量”

平板電腦、藍(lán)牙音箱、智能手機(jī)、消費(fèi)機(jī)器人……消費(fèi)類電子產(chǎn)品種類不斷增多，一方面，這些消費(fèi)類產(chǎn)品的出現(xiàn)給人們帶來了實(shí)實(shí)在在的便捷體驗(yàn)；另一方面，人們也會(huì)經(jīng)常看到此類產(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，絕不僅僅是網(wǎng)速的改變這么簡(jiǎn)單，背后離不開一系列的動(dòng)力支撐體系。”中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)動(dòng)力電池應(yīng)用分會(huì)研究部主任周波認(rèn)為，如果說互聯(lián)網(wǎng)讓人與物之間的連接結(jié)合得更緊密，那么5G時(shí)代的到來，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(chǔ)的配合。

“手機(jī)沒電又遇上急事，這個(gè)時(shí)候我們就特別希望能夠有一個(gè)電量超級(jí)多的手機(jī)電池。”周波介紹，目前市面上大多數(shù)的手機(jī)、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(shè)計(jì)者一直通過各種方法讓電池的容量不斷變大，但與消費(fèi)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(rèn)為，萬物互聯(lián)的5G時(shí)代無疑將會(huì)帶動(dòng)各類移動(dòng)裝置對(duì)硬體效能的需求，包括手機(jī)、可穿戴類電子產(chǎn)品、物聯(lián)網(wǎng)裝置、無人機(jī)，等等。在此背景下，電池的續(xù)航能力能否支撐住5G帶來的高速運(yùn)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(fèi)電子市場(chǎng)應(yīng)用最廣泛的正極材料。”復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系教授夏永姚介紹，目前來說市面上主流的商業(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(fèi)類電子領(lǐng)域。

對(duì)于消費(fèi)類電子電池而言，夏永姚認(rèn)為，鋰離子電池的輸入輸出性能主要取決于電池內(nèi)部材料的結(jié)構(gòu)和性能，包括負(fù)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(fèi)類電子產(chǎn)品的最佳選擇。

不過，隨著5G時(shí)代的到來，消費(fèi)電子產(chǎn)品不斷推陳出新，人們對(duì)電池容量的需求也在直線升高，需要電池產(chǎn)品具有更大的靈活性、更長(zhǎng)的運(yùn)行時(shí)間、更低的成本和更高的安全性。消費(fèi)電子設(shè)備本身的特性也對(duì)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(shù)之間的矛盾，等等都是亟待解決的問題。

“我們說新一代電池技術(shù)，主要是指以金屬鋰為代表的負(fù)極電池。”夏永姚認(rèn)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程中枝晶生成引起安全隱患及充放電庫(kù)侖效率低的問題，尤其是鋰空電池技術(shù)目前來看還是非常遙遠(yuǎn)的事情，鋰硫電池技術(shù)也不成熟。因此他認(rèn)為新一代電池技術(shù)在十年之內(nèi)商業(yè)化落地不太可能。

對(duì)于企業(yè)而言，除了在現(xiàn)行技術(shù)框架下電池的穩(wěn)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(shí)，不斷加大對(duì)新材料和新型電池技術(shù)的探索與研究，才能在5G到來之時(shí)立于不敗之地。

此外，夏永姚還告訴記者，隨著可穿戴設(shè)備為代表的的新型消費(fèi)電子產(chǎn)業(yè)不斷增加，對(duì)消費(fèi)鋰電池的需求也在進(jìn)一步增加，而可穿戴設(shè)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(shè)備等。根據(jù)艾媒咨詢的預(yù)測(cè)，僅VR行業(yè)對(duì)鋰電池需求規(guī)模到2020年預(yù)計(jì)將超過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(fèi)類鋰電池的未來，周波認(rèn)為有兩大發(fā)展趨勢(shì)：一是技術(shù)創(chuàng)新，如加大對(duì)正負(fù)極材料的替代研究，滿足消費(fèi)類用戶對(duì)電池體積與容量的雙重要求；二是安全性能，對(duì)于大容量、高密度的電池新技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向商用市場(chǎng)時(shí)需保持更加審慎的態(tài)度。

目前，市面上為了滿足用戶對(duì)續(xù)航指標(biāo)的需求，當(dāng)下眾消費(fèi)類電子商家本身也在嘗試從多方面來提升電池的使用體驗(yàn)，比如手機(jī)領(lǐng)域知名的快充技術(shù)，中國(guó)的華為、OPPO、Vivo在這一領(lǐng)域都有著出色的表現(xiàn)。

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

“傳統(tǒng)鋰電池與快充技術(shù)的結(jié)合，雖然不是最新的技術(shù)，但它卻是容易實(shí)現(xiàn)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)全面革命到來之前的一項(xiàng)替代方案，但其本身也有一些無法避免的劣勢(shì)——電池正極結(jié)構(gòu)其實(shí)是很脆弱的結(jié)構(gòu)，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(dǎo)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(nèi)商業(yè)化落地不太可能，但隨著5G時(shí)代的到來，高清影音通話、大功率的物聯(lián)應(yīng)用等必將給手機(jī)等消費(fèi)電子增加難以想象的壓力。在電池技術(shù)亟需系統(tǒng)性變革的前夜，除了剛剛提到的快充技術(shù)，國(guó)內(nèi)創(chuàng)投市場(chǎng)目前選擇用共享充電寶的模式來解決用戶的手機(jī)電量續(xù)航問題也不失為一項(xiàng)有益的嘗試。