钜大LARGE | 点击量：3402次 | 2018年07月08日
手机锂电池与动力锂电池之间的“隔阂”是什么？
消费级市场(笔记本、手机、MP3等)作为锂离子电池(下称锂电池)最早的“东家”，为锂电池的推广做出了巨大的贡献。今天，智能手机大行其道，电池再一次成为了制约智能手机发展的关键因素之一。这与如今的新能源汽车市场有几分相似。
对于电池能量密度的描述，一般有质量比能量和体积比能量两种说法。所谓质量比能量，就是每kg电池所携带的能量的多少，比如动力电池市场，多是以质量比能量去描述的。所谓体积比能量，一般指电池单位体积下所承载的能量的数量。目前主流手机电池的容量在2000~3000mAH，这样的容量的电池，其质量往往只有几十克，所以在移动消费级市场中，更关心的是电池的比体积能量。
日前，金立发布了一款名为M5的新手机，该手机具有超长续航功能。金立认为，手机续航，是国人使用智能手机的第一痛点，也是国民痛点。虽然在这个痛点上存在着一些争议，但是我们还来看看这款手机的电池吧。电池容量高达6020mAH，电池由两块3010mAH的电芯并联组成，能量密度达到650Wh/L左右。
从1991年，索尼发布了锂离子电池之后，至今的20多年时间里，锂离子的从本质上并没有什么变化。但尽管如此，也并非毫无创新，现在的锂离子电池，无论是效率还是容量，相比之前都有很大的提高，这是如何实现的呢？
如果我们反观近十年手机电池的发展，我觉得大概可以分为三个阶段。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
第一个阶段，锂离子聚合物电池的兴起。
传统的锂离子电池使用的是普通液态锂电解质，但是在2005年以后，聚合物电解质的锂离子电池开始崭露头角。相对于之前的液态锂离子电池来说，聚合物锂离子电池除了在电化学特性上更有优势外，更重要的，是塑型更加灵活，能让电池做的更薄，体积利用率更高。
第二个阶段，手机电池的稳定期。
2010年以前，尤其是2007年以前，锂离子聚合物电池的兴起让手机电池容量有了长足的提高。但是随着技术的成熟，电池比能量提高的速度开始减缓。更重要的是，随着电池能量的加大，安全问题开始浮现在我们眼前。很多厂家开始着眼于提高电池的安全性指标，在电池的外壳防护上下了一些功夫。虽然不能提升电池的能量密度，但是在长期发展来看，还是必要的。因为能量密度增加，出现问题的损失也会越大。第一电动曾有文章说1kg动力电池等同于103gTNT，在不说TNT的心理暗示作用，我觉得从能量的角度去考虑安全性是不够全面的，要从能量的大小和能量的密度两方面去考量。
第三个阶段，手机电池的第二次能量密度提升。
到2013年以后，手机电池开始有一次的提升了能量密度。这里面有材料的原因，电池厂家通过改善工艺，提高了材料的压实密度，或通过其他的手段，让电池的容量有了进步。同时，即iPHONE之后，市场上越来越多的手机电池变得不可拆卸。通过电池和手机的“一体化”，省去了原来电池的硬壳保护，提升了电池的能量密度，或者根据电池结构，开发异型电池等。除此以外，更直接的一种方法，是提高电池的电压。普遍的，通过将电压平台提高0.1V左右，提高电池的能量。这与前一段比亚迪的磷酸铁锰锂电池有异曲同工之妙。目前，主流的手机电池能量密度保持在600Wh/L左右，有些厂家的产品会稍微高一些，比如小米手机，电池能量密度在620Wh/L以上，还是这款金立手机，能量密度达到650Wh/L。使用的哪种手段，还请对号入座。曾有报道说，当能量密度达到700Wh/L的时候，可能使电池的可充分循环寿命小于300次，爆炸的隐患大大增加。
既然提高电压有如此多的害处，为什么大家还要这么去做呢？这让我想起了一个故事。以前圆珠笔和钢笔的笔芯粗细度是一样的，但是有一个问题，就是圆珠笔书写2万字左右，就会出现漏油，主要原因就是笔珠的磨损寿命就在2万字左右，当所有人都在研究耐磨材料的时候，有个叫田腾山郎的日本人，开发了一款产品，就是让笔芯的油墨在2万字之前用完。这与现在的手机电池的研发思路有相似之处。智能手机，已不再是当年“用到坏”传统手机，而是像电脑一样，用一段之后，就需要更新升级。因此可能还没到电池出现问题的时候，手机已经淘汰了。虽然我个人认为，提高电池电压平台，实际上是一个比较冒险的方式，对电池的稳定性和寿命，都有着潜在的影响。但是目前看，适当的提高一点电池的工作电压，起码市场对这种做法还是接受的。
在这还要报个料，在一篇外媒一个网站上，我读到了这样一篇文章。内容是中国的蓝魔，使用了能量密度超过800Wh/L的锂电池，有兴趣的读者可以关注一下这个事情，以下是相关链接。
和动力电池市场一样，我们也看到了许多新的技术，比如美国发布的一篇纳米电池的报道，通过电极结构的纳米孔，可以在12分钟之内将电池全部充满；还有号称能实现更快速充电的“铝电池”，可在一分钟充满电量；美国德雷赛尔大学的科学家，使用粘土，研制了一种高导电薄膜，这种称之为“MXene粘土”的材料，可以用于制作新一代大容量电池和超级电容器。
新的电池技术虽然是鼓舞人心的，但是任何的新技术，新材料都需要经过相当长的一个转化过程，才能成为商业的产品，比如锂电池，最早的锂电池的概念要追溯到上个世纪的六七十年代，之后液态锂离子电池和聚合物锂离子电池也是经历了十几年发展，才有了今天的状态。但是最近几年智能手机硬件发生了突飞猛进的进步，小小的手机性能，可以与一台个人电脑相媲美，这样电池技术有点吃不消了。所以虽然手机续航不一定是国民痛点，但起码也是短板之一。
很多人关心动力电池和消费级电池的区别。我觉得，从电池的角度来说，是没有本质的区别的。但是由于产品应用条件不同，所以设计的理念和思路也是不同的，从而导致我们所看到不同领域电池的产品属性，有很大区别。在消费级电池领域，没有五花八门的正极材料；而在动力电池领域，也很少谈到关于电解质变化对性能的影响。在能量密度方面，比如我们都知道2015年2月16日，科技部发布了《国家重点研发计划新能源汽车重点专项实施方案(征求意见稿)》，其中明确要求了2015年底轿车动力电池能量密度要达到200Wh/kg。作为消费级电池来讲，早在2013年，其能量密度就超过200Wh/kg的水平了，这不但与优化材料和结构有关，高电压的做法更是功不可没。由于消费级电池一般不成组使用，即使成组，也是几支电池之间的串并联，与动力电池简直是数量级的差别；“BMS”直接管理电芯；充放电电流较小；热管理也相对容易；一般来说，消费级电池质保期也只有1年，所以这种做法是完全可以满足消费级电池市场的需求的。但是在动力电池市场，可能就行不通了。动力电池的要求，相对要高更加综合，既有安全性的考虑，又有成本方面的评价，同时还有性能方面的要求。虽然在特斯拉身上，似乎完成了一次消费级电池与新能源汽车的完美结合，但是车的定位和价格，和我们期望中家用级的新能源汽车还是有一定差距的。
磷酸铁锂、钴酸锂、三元材料、锰酸锂……各种正极材料冲击能量瓶颈的同时，我想是不是应该停下来考虑一下安全和其它的问题。消费市场，动力市场，储能市场，锂离子电池是不是能解决所有的问题。任何的电池可能都有他的适用环境。比如燃料电池，无论是作为新能源汽车的动力单元，还是作为市政供电设备来说，其电池特性上都是非常合适的，但是与现有锂离子电池体系相比，开发小型燃料电池便携设备可能使比较困难的。在高喊的技术突破的时候，更冷静的考虑一下锂离子电池的局限性。因为只有意识到这些局限性，才有可能探索新的电池体系。当然不得不承认，随着技术的推进，将来发展具有更高能量密度，并且能满足商业应用需求的新的电池体系，而且要求新体系所使用的材料要求环境友好，成本低廉，材料易获得，变得越来越困难了。因此，在发展锂离子电池的同时，我呼吁要对那些已经发现但并未充分商业化的电池体系，投入更多的精力和资源。
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