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5G時代!消費類電子電池技術亟需變革

2019-07-10 15:01:15 來源: 中國科技網 作者: 桂楷東

相信不少人在外遊玩或者購物時,都遇到過手機電量不足、又無法找到地方充電的尴尬情景。

随着5G通信時代的到來,新一代消費電子産品迅猛發展,在高速率、大容量、低延時的通信技術革新背後,對于設備載電量的需求也将越來越高。

那麼,面對當下不斷升高的設備載電需求,适用于消費類電子設備的锂電技術有哪些新的研究進展?未來電池技術的革新方向又會朝哪裡走去?

近日,業界知名專家——複旦大學化學系夏永姚教授、中國化學與物理電源行業協會動力電池應用分會研究部周波主任接受了中國科技網采訪,分享了5G通信時代全面到來對消費類電子電池技術帶來的挑戰與颠覆。

锂硫電池結構示意圖

5G時代,萬物互聯離不開強勁“電量”

平闆電腦、藍牙音箱、智能手機、消費機器人……消費類電子産品種類不斷增多,一方面,這些消費類産品的出現給人們帶來了實實在在的便捷體驗;另一方面,人們也會經常看到此類産品的實際使用者抱怨産品存在這樣或那樣的不盡如人意之處。

“5G時代的到來,絕不僅僅是網速的改變這麼簡單,背後離不開一系列的動力支撐體系。”中國化學與物理電源行業協會動力電池應用分會研究部主任周波認為,如果說互聯網讓人與物之間的連接結合得更緊密,那麼5G時代的到來,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的配合。

“手機沒電又遇上急事,這個時候我們就特别希望能夠有一個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、平闆電腦等移動電子産品使用的電池大多都是锂離子電池,雖然設計者一直通過各種方法讓電池的容量不斷變大,但與消費電子産品迅速的革新速度相比,依舊讓人倍感勞心。

周波認為,萬物互聯的5G時代無疑将會帶動各類移動裝置對硬體效能的需求,包括手機、可穿戴類電子産品、物聯網裝置、無人機,等等。在此背景下,電池的續航能力能否支撐住5G帶來的高速運算需求,将會是一個值得關注的重要課題。

産業創新,新一代電池技術落地尚未成熟

“目前,3c市場中技術較為成熟的電池就是钴酸锂,钴酸锂也是消費電子市場應用最廣泛的正極材料。”複旦大學化學系教授夏永姚介紹,目前來說市面上主流的商業化锂電池正極材料主要有钴酸锂、錳酸锂、磷酸鐵锂、三元材料(鎳钴錳酸锂、鎳钴鋁酸锂)等,後三種主要需求在動力電池,钴酸锂更多是用在消費類電子領域。

對于消費類電子電池而言,夏永姚認為,锂離子電池的輸入輸出性能主要取決于電池内部材料的結構和性能,包括負極材料、電解質、隔膜和正極材料等。而钴酸锂電池具有比重大、體積和重量能量密度都高等優點,因此成為消費類電子産品的最佳選擇。

不過,随着5G時代的到來,消費電子産品不斷推陳出新,人們對電池容量的需求也在直線升高,需要電池産品具有更大的靈活性、更長的運行時間、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題。

“我們說新一代電池技術,主要是指以金屬锂為代表的負極電池。”夏永姚認為,包括锂硫電池、锂空電池等都是下一代電池研究方向,盡管金屬锂能量密度會很高,但仍然存在充放電過程中枝晶生成引起安全隐患及充放電庫侖效率低的問題,尤其是锂空電池技術目前來看還是非常遙遠的事情,锂硫電池技術也不成熟。因此他認為新一代電池技術在十年之内商業化落地不太可能。

對于企業而言,除了在現行技術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革命意識,不斷加大對新材料和新型電池技術的探索與研究,才能在5G到來之時立于不敗之地。

此外,夏永姚還告訴記者,随着可穿戴設備為代表的的新型消費電子産業不斷增加,對消費锂電池的需求也在進一步增加,而可穿戴設備通常使用的是固态锂電池的薄膜電池技術,薄膜電池在技術、工藝上基本上比較成熟,如銀行卡、VR、手環等可穿戴設備等。根據艾媒咨詢的預測,僅VR行業對锂電池需求規模到2020年預計将超過550億元。

變革前夜,快充技術與共享充電寶的空間

談及消費類锂電池的未來,周波認為有兩大發展趨勢:一是技術創新,如加大對正負極材料的替代研究,滿足消費類用戶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從實驗室走向商用市場時需保持更加審慎的态度。

目前,市面上為了滿足用戶對續航指标的需求,當下衆消費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,比如手機領域知名的快充技術,中國的華為、OPPO、Vivo在這一領域都有着出色的表現。

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

“傳統锂電池與快充技術的結合,雖然不是最新的技術,但它卻是容易實現的一種電池搭配。”周波表示,盡管快充技術作為電池技術全面革命到來之前的一項替代方案,但其本身也有一些無法避免的劣勢——電池正極結構其實是很脆弱的結構,大電流充放電會造成顆粒破碎,破碎後表面積增大、電解液覆蓋不足,就會導緻電池容量縮小、壽命減短。

雖然具有革命性的新一代電池技術在十年之内商業化落地不太可能,但随着5G時代的到來,高清影音通話、大功率的物聯應用等必将給手機等消費電子增加難以想象的壓力。在電池技術亟需系統性變革的前夜,除了剛剛提到的快充技術,國内創投市場目前選擇用共享充電寶的模式來解決用戶的手機電量續航問題也不失為一項有益的嘗試。

責任編輯: 夏青
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