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5G时代!消费类电子电池技术亟需变革

2019-07-10 15:01:15 来源: 中国科技网 作者: 桂楷东

相信不少人在外游玩或者购物时,都遇?#28966;?#25163;机电量不足、又无法?#19994;?#22320;方充电的尴尬情景。

随着5G通信时代的到来,新一代消费电子产?#36153;?#29467;发展,在高速率、大容量、低延时的通信技术革新背后,对于设备载电量的需求也将越来越高。

那么,面对当下不断升高的设备载电需求,?#35270;?#20110;消费类电子设备的锂电技术有哪些新的研究进展?未来电池技术的革新方向又会朝哪里走去?

近日,业界知名专家——复旦大学化学系夏永姚教授、中国化学与物理电源行业协会动力电池应用分会研究部周波主任接受了中国科技网采访,分享了5G通信时代全面到来对消费类电子电池技术带来的挑战与颠覆。

锂硫电池结构示意图

5G时代,万物互联离不开强劲“电量”

平板电脑、蓝牙音箱、智能手机、消费机器人……消费类电子产品种类不断增多,一方面,这些消费类产品的出现给人们带来了实实在在的便捷体验;另一方面,人们?#19981;?#32463;常看到此类产品的实?#36866;?#29992;者抱怨产品存在这样或那样的不尽如人意之处。

“5G时代的到来,绝不仅仅是网速的改变这么简单,背后离不开一系列的动力支撑体系。”中国化学与物理电源行业协会动力电池应用分会研究部主任周波认为,如果说互联网让人与物之间的连接结合得更紧密,那么5G时代的到来,不仅提高了这种连接的速度,更是让物与物之间可以做出基础的配合。

“手机没电又遇上急事,这个时候我们就特别希望能够有一个电量超级多的手机电池。”周波介绍,目前市面上大多数的手机、平板电脑等移动电子产品使用的电池大多都是锂离子电池,虽然设?#26222;?#19968;直通过各种方法让电池的容量不断变大,但与消费电子产?#36153;?#36895;的革新速度相比,依旧让人倍感劳心。

周波认为,万物互联的5G时代无疑将会带动各类移动装置对硬体效能的需求,包括手机、可穿戴类电子产品、物联网装置、无人机,等等。在此背景下,电池的续航能力能否支撑住5G带来的高速运算需求,将会是一个值得关注的重要课题。

产业创新,新一代电池技术落地尚未成熟

“目前,3c市场中技术较为成熟的电池就是钴酸锂,钴酸锂也是消费电子市场应用最广泛的正极材料。?#22791;?#26086;大学化学?#21040;?#25480;夏永姚介绍,目前来说市面上主流的商业化锂电池正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材?#24076;?#38221;钴锰酸锂、镍钴?#20102;?#38146;)等,后三种主要需求在动力电池,钴酸锂更多是用在消费类电子领域。

对于消费类电子电池而言,夏永姚认为,锂离子电池的输入输出性能主要取决于电池内部材料的结构和性能,包括负极材料、电解质、隔膜和正极材?#31995;取?#32780;钴酸锂电池具有比重大、体积和重量能量密度都高等优点,因此成为消费类电子产品的最佳选择。

不过,随着5G时代的到来,消费电子产品不断推陈出新,人们对电池容量的需求也在直线升高,需要电池产品具有更大的灵活性、更长的运行时间、更低的成本和更高的安全性。消费电子设备?#26087;?#30340;特性也对新一代电池技术提出了更为?#37327;?#30340;要求,体积不断小型化和电池容量之间的矛盾,充放电速度与充放电?#38382;?#20043;间的矛盾,等等都是亟待解决的问题。

“我们说新一代电池技术,主要是指以金属锂为代表的负极电池。”夏永姚认为,包括锂硫电池、锂空电池等都是下一代电池研究方向,尽管金属锂能量密度会很高,但仍然存在充放电过程中枝晶生成引起安全隐?#25216;?#20805;放电库仑效率低的问题,尤其是锂空电池技术目前来看还是非常遥远的事情,锂硫电池技术也不成熟。因此他认为新一代电池技术在十年之内商业化落地不太可能。

对于企业而言,除了在?#20013;?#25216;术框架下电池的稳定性和使用寿命上下足功夫之外,更需要有前瞻性的技术革命意识,不断加大对新材料和新型电池技术的探索与研究,才能在5G到来之时立于不败之地。

此外,夏永姚还告诉记者,随着可穿戴设备为代表的的新型消费电子产业不断增加,对消费锂电池的需求也在进一步增加,而可穿戴设备通常使用的是固态锂电池的薄膜电池技术,薄膜电池在技术、工艺上基本上比较成熟,如银行卡、VR、手环等可穿戴设备等。根据艾媒咨询的预测,仅VR行业对锂电池需求规模到2020年预计将超过550亿元。

变革前夜,快充技术与共享充电宝的空间

谈及消费类锂电池的未来,周波认为有两大发展趋势:一是技术创新,如加大对正负极材料的替代研究,满足消费类用户对电池体积与容量的双重要求;二是安全性能,对于大容量、高密度的电池新技术从实验室走向商用市场时需保持更加审慎的态度。

目前,市面上为了满足用户对续航指标的需求,当下众消费类电子商家?#26087;?#20063;在尝?#28304;?#22810;方面来提升电池的使用体验,比如手机领域知名的快充技术,中国的华为、OPPO、Vivo在这一领域都有着出色的表现。

“绝大多数的手机都采用了快充技术,这一技术相当普及。”周波认为,快充技术采用了高电压的电流,通过提升充电的电压,最终提升手机的充电速率,从而缩短手机的充电时间,因而在充电速度?#31995;?#21040;了明显的提升。

“传统锂电池与快充技术的结合,虽然不是最新的技术,但它却是容?#36164;?#29616;的一种电池搭配。”周波表示,尽管快充技术作为电池技术全面革命到来之前的一项替代方案,但其?#26087;?#20063;有一些无法避免的劣势——电池正极结构其实是很脆弱的结构,大电流充放电会造成颗粒破碎,破碎后表面积增大、电解液覆盖不足,就会导致电池容量缩小、寿命减短。

虽然具有革命性的新一代电池技术在十年之内商业化落地不太可能,但随着5G时代的到来,高清影音通话、大功率的物联应用等?#20127;?#32473;手机等消费电子增加难以想象的压力。在电池技术亟需?#20302;?#24615;变革的前夜,除了刚刚提到的快充技术,国内创投市场目前选择用共享充电宝的模式来解决用户的手机电量续航问题也不失为一项有益的尝试。

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