1分钟充电，1个月续航 锂电池技术前瞻

咱“移动360”栏目组的一名兄弟终于准备要换掉机身已经磨花成白色的Palm了，目标自然是当前火、性价比也超好的Android智能手机。在如评测般进行了多项硬件参数的考察后，一日忽然发问“待机如何？”当获得“少则半日，多则一天”的回馈时，顿时泄气，决定重拾Palm。

自20世纪90年代索尼发明锂电池，移动设备端的锂电池技术几乎没有什么大的进步。而随着智能手机、平板、超轻薄笔记本电脑等硬件配置上主频和功耗的不断提升，续航已经成为一件让人头痛的问题。不过，锂电池领域近频频发布的一些新技术，或许让梦想中“1分钟充电，1个月续航”已不再遥远。

锂电池技术解析

相比硬件芯片，锂电池在运行机理上极为简单—在电解质中插入两根电极（一般正极为含锂化合物，负极为碳材料），一个简单的锂电池就完成了。锂电池依靠锂离子（Li+）在正负极之间的迁移完成充电和放电。充电时，锂离子在电场作用下从含锂化合物上脱离，在电解质中游向负极碳，并与碳结合；当电池的正负极有导线和负载连接时，结合在碳上的锂离子又会通过电解质回归含锂化合物，锂离子与锂化合物的重新结合会要求负极材料释放出电子，外围电路就产生了电流流动。锂离子为什么会在电解质中来回游走，这当然是化学能的原理，不过也可以用更简单的模型来说明—一个带有隔板的水槽，用水泵将一侧的水抽入另一侧（充电过程），用一根导管分别与两个水槽的底部相连，由于压力差的关系，水流会通过导管从高水位一侧流入低水位（放电过程）。所有的可充电电池都基于类似的原理。

这是原始的锂电池模型，实际的锂电池结构则要复杂许多，主要包括电极、隔膜、电解质、辅助材料（导电炭黑、铜箔、铝箔、胶带）以及电池配件（壳体、盖板、连接器等）。

常见形状锂电池内部结构图。

移动手持终端的锂电池正极材料主要为钴酸锂。电池行业使用“比能量”这一参数作为电极选择的参数标准，它的单位是Wh/kg或mAh/g，即每消耗一定质量电极所能产生的电能。理论上，比能量值越高，获得相同电能所需要的电极材料越少，电池就可以越高效和小巧。但实际中还需要考虑电极的反应活性，循环寿命等等。现在流行的几种锂电池正极材料中，钴酸锂约为140~145mAh/g、锰酸锂为110~120mAh/g，磷酸铁锂为130~155mAh/g，钴酸锂也是研究为成熟和广泛应用的材料。很少有人拆解过手机电池（不建议个人拆解，因为有严重的污染和伤害危险），移动终端上的锂电池更类似于爆竹的构造，是一种层叠卷绕的结构——正极、隔膜、电解质、负极层压在一起，通过层叠和卷绕来获得需要的容量。这也是为什么移动手持设备的电池容量只能通过体积来换取的原因。隔膜的作用是使正负极分开、防止短路，同时还担当电池发生异常时，使反应停止，防止电池燃烧、爆炸的角色。

锂电池层状构造解剖图，电流通过铜箔和铝箔制成的集电体引出。

电解质是维持锂电池化学反应的重要环节，现在的锂聚合物（PLIB）电池使用高分子电解质，不存在以往液体锂离子电池漏液、爆炸的危险。锂离子与锂聚合电池在结构和原理上都是一样的，只是锂聚合物不需要考虑液体封装，可以做成各种形状、体积也更小，更适合在如iPad这样的内置产品中发挥空间占用优势。所谓锂聚合物电池更好仅仅是说安全性更加出色。事实上，包括品牌电池在内，手机电池已基本实现了聚合物化。品牌电池由于厂商单纯追求高容量，增大了电池体积，使得外包装只能使用简单的贴纸，常会遇到充电发热导致的电池变形、鼓胀情况，这些都是追求过高容量的“副作用”。当前技术环境下，选择非原厂电池的容量好不要超过1500mAh。

隔膜是一种网状构造物，它的作用是防止电极短路。一旦电池发生异常，它自身会熔融，阻断电池的化学反应。