現(xiàn)在的手機(jī)，電池容量很多都達(dá)到了4000mAh以上，這意味著它們用起來更持久（當(dāng)然一些手機(jī)的新芯片也在節(jié)電方面做足了功夫），但手機(jī)輕了，自然手感也好，不同品牌的設(shè)計(jì)理念，各有千秋吧。

手機(jī)，從最初的大哥大，到現(xiàn)在的智能機(jī)，電池容量的變化已經(jīng)不是攀升了，而是飛躍，但我們對電池的焦慮，卻一點(diǎn)都沒減輕，我們?nèi)找嫦冗M(jìn)的電池，為什么就無法滿足人們不斷增長的續(xù)航需求呢？

 

手機(jī)發(fā)展史，也是一部電池焦慮史

1973年，美國摩托羅拉工程師馬丁·庫帕發(fā)明了世界上第一部真正的手機(jī)，不過，使用這部手機(jī)，與其是說在打電話，不如說是在舉鐵，因?yàn)樗�足足�?千克重。

庫帕這款手機(jī)的重量和它之前那些所謂的“手機(jī)”比起來，還是輕了很多，要知道，瑞典埃里克森公司在上世紀(jì)50年代的“手機(jī)”，光電池就有近40千克，這已經(jīng)不是用手就能使用的了。

10年后，我們所熟知的“大哥大”誕生了。作為人類第一款商用手機(jī)，它的重量也不輕，差不多有0.9千克。

在“大哥大”那巨大的身材里，有一半都是電池，但它的電池容量只有500mAh，而且需要10小時(shí)才能充滿，充滿后卻只能打30分鐘電話，真正做到了“充電2小時(shí)，通話5分鐘”。

“大哥大”使用的電池是鎳鎘電池，這種電池在上世紀(jì)80年代已經(jīng)非常先進(jìn)了。鎳鎘電池顧名思義，陰陽兩極一頭是鎳（正極，2NiOOH），一頭是鎘（負(fù)極，Cd），電池溶液是氫氧化鈉（NaOH），電池放電時(shí)，負(fù)極的鎘與兩個(gè)OH-反應(yīng)放出2個(gè)電子，在正極形成2個(gè)新的OH-，以保證電池溶液濃度不變。

 

▲ 鎳鎘電池工作原理。

和第一代可充放電的鉛蓄電池（未曾用于手機(jī)）比，鎳鎘電池體積小，電流大，而且反復(fù)充放個(gè)500次都沒問題，當(dāng)然，它也有許多缺點(diǎn)，比如電池容易發(fā)熱，鎘元素有毒，不好回收等等，但這些問題都沒有記憶效應(yīng)嚴(yán)重。

所謂記憶效應(yīng)，就是電池在電量沒有全部用光的時(shí)候就充電的話，容量會變小。比如你經(jīng)常在還剩50%電的時(shí)候開始充電，久而久之電池就會“認(rèn)為”電池的最低電量就是50%。

對于只能支持半個(gè)小時(shí)通話的大哥大來說，記憶效應(yīng)是致命的，致命到你甚至想扔掉這款價(jià)值上萬美元的手機(jī)。記憶效應(yīng)的陰影甚至影響到了現(xiàn)在，很多人在使用今天的鋰電池時(shí)，還會不自主地認(rèn)為：電放干凈再充對手機(jī)才好（其實(shí)恰恰相反）。

1989年，新一代鎳氫電池的商用化才緩解了記憶效應(yīng)帶來的電量尷尬。鎳氫電池?zé)o毒，雖然有記憶效應(yīng)但很容易恢復(fù)，而且它容量量更大：一款1997年推出的搭載鎳氫電池的手機(jī)，電池容量已經(jīng)達(dá)到了1300mAh。

但是，鎳氫電池也有自己的問題，它發(fā)熱量大，不用的時(shí)候漏電很厲害——即使關(guān)機(jī)了，也不能阻止電池把電耗光。因此，鎳氫電池隨著手機(jī)之光——鋰電池的逐漸商用，也被取而代之了。

手機(jī)之光——鋰電池

1991年，鋰離子電池，也就是我們常說的鋰電池首次進(jìn)入商用領(lǐng)域，手機(jī)終于獲得了持久而穩(wěn)定的續(xù)航。可以說，如果沒有鋰電池的加持，就沒有今天功能強(qiáng)勁的手機(jī)和五花八門的APP。

鋰電池和鎳鎘電池、鎳氫電池不一樣，后兩者在充放電的時(shí)候，都是電子和OH-來回跑，鎳和其它金屬是不動的，鋰電池則是鋰離子和電子來回跑。

就拿我們現(xiàn)在常用的鋰電池來說，它的負(fù)極一般是片層結(jié)構(gòu)的石墨，鋰原子就“夾”在這些片層之中，而正極，則可以是各種類型的金屬氧化物，它呈網(wǎng)格狀，鋰原子同樣也能藏在里面。這種結(jié)構(gòu)的電池的充放電過程，實(shí)際就是鋰離子逃離“牢籠”，通過電池中間的隔膜、電子通過導(dǎo)線來回跑而已。

▲ 鋰電池工作原理，此處的晶格結(jié)構(gòu)僅為示意，不同的物質(zhì)晶格結(jié)構(gòu)有所不同。

相比于另外兩種電池，鋰電池容量大，沒有記憶效應(yīng)，發(fā)熱也少，除了造價(jià)貴之外，幾乎沒有什么缺點(diǎn)。80后記憶里的那幾款超長續(xù)航的小板兒機(jī)，其背后都是鋰電池的功勞。

今天的鋰電池，和之前用的鋰電池相比，容量已經(jīng)提升了數(shù)倍，但這種提升速度卻依然跟不上時(shí)代的步伐。

如今的智能手機(jī)，性能先進(jìn)，都已經(jīng)快成相機(jī)+電腦的結(jié)合體了，各種大型軟件、即時(shí)通信軟件都會大量耗電，大屏、120Hz高清屏也會增加耗電，反觀我們自己，用手機(jī)的時(shí)間也是越來越長。

鋰電池就不能再發(fā)展發(fā)展，更加澎湃、持久么？恐怕很難！

想提升鋰電池的性能，無非就是提高鋰原子的占比而已，現(xiàn)在鋰離子電池中的鋰原子占比僅不到1%，看似還有大把的提升空間，但提升后的安全性卻無法得到保障，具體的例子這里就不展開了。

而過充、過放，都容易導(dǎo)致鋰電池正負(fù)極晶格體系的破壞，從而導(dǎo)致鼓包。

那么，鋰電池該如何充電？

鋰電池沒有記憶效應(yīng)，但害怕過度放電和充電。過度的放電和充電，會讓部分鋰原子被死死地“壓進(jìn)”正負(fù)極中無法逃脫，導(dǎo)致電池容量減小。所以，鋰電池一般可以在還剩20%電量的時(shí)候充電，充到90%的時(shí)候結(jié)束充電。

 

不過，現(xiàn)在手機(jī)的鋰電池中都有保護(hù)電路，會在過度充電時(shí)切斷電路，盡管如此，還是盡量避免充電過夜。

另外，在充電期間玩手機(jī)游戲，也會導(dǎo)致電池溫度提升，壽命縮短。

電量焦慮，什么時(shí)候才能解決？

能從根本上解決電量焦慮的方法，還是改進(jìn)電池。

科學(xué)家們至今還沒有放棄鋰電池，硅和鋰金屬都被認(rèn)為是可以作為負(fù)極的潛在材料，幾年前，新加坡南洋理工大學(xué)的科學(xué)家曾嘗試用二氧化鈦凝膠代替石墨，但這種改進(jìn)只是讓充電變得更快，電容量卻不見增加。

以硫?yàn)殛枠O的鋰硫電池是在短期內(nèi)最有可能成功的技術(shù)之一，只不過，鋰硫電池在連續(xù)充電后電解液迅速降解的問題很難解決。

除此之外，人們還嘗試使用固態(tài)物質(zhì)代替鋰電池里的電解液，這樣就沒有刺破短路的風(fēng)險(xiǎn)了。但固態(tài)物質(zhì)與陰陽兩極的接觸可沒法做到液態(tài)物質(zhì)那么緊密，電導(dǎo)率也難以提升。

在鋰電池之外，燃料電池也為電池的未來提供了一種新的可能性，比如氫能源汽車如今已經(jīng)在日本上市了，但這種電池能否用在手機(jī)上，還是個(gè)未知數(shù)。

 

在電池技術(shù)尚未突破的時(shí)候，我們還能用快充來解決部分焦慮，比如某廣告詞：“充電5分鐘，通話2小時(shí)。”那時(shí)，手機(jī)的快充功率只有20W，現(xiàn)在手機(jī)的充電器已經(jīng)高達(dá)100W了。

在現(xiàn)有的電池保護(hù)技術(shù)條件下，快速充電對鋰電池的損傷基本上可以忽略不計(jì)，甚至很多時(shí)候，手機(jī)電池還沒退役，你就已經(jīng)考慮在為新型號的手機(jī)剁手了！