越瘦越強(qiáng)悍的手機(jī)電池

馬阿里

自第一代iPhone于2007年問(wèn)世以來(lái)，得到了許許多多“潮人”追捧，不少“果粉”都在翹首期盼著新一代手機(jī)帶來(lái)的使用體驗(yàn)。在期待新機(jī)型的同時(shí)，也有不少“果粉”會(huì)關(guān)心這一代iPhone的短板會(huì)不會(huì)依然是電池。從目前所知的數(shù)據(jù)來(lái)看，新機(jī)型提升了屏幕尺寸，產(chǎn)品的耗電量也隨之增加，但是電池容量卻沒(méi)有顯著增加。于是，人們對(duì)其電池續(xù)航能力的擔(dān)憂(yōu)，也隨著它發(fā)售日期的臨近浮上了臺(tái)面。

其實(shí)，讓“果粉”擔(dān)憂(yōu)的電池問(wèn)題，正是這款手機(jī)在現(xiàn)有技術(shù)條件下追求大屏幕和超薄機(jī)身所必須付出的代價(jià)。如果你見(jiàn)過(guò)那些“古老”的手機(jī)電池，再看看現(xiàn)在的，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，即使是這種一天一充的不給力電池，仍然體現(xiàn)了手機(jī)電池技術(shù)在這些年來(lái)的巨大進(jìn)步。

鎳鎘電池

從摩托羅拉公司1983年推出世界第一部商用手機(jī)DynaTAC 8000X算起，商用手機(jī)和手機(jī)電池已經(jīng)走過(guò)了30多年的歷程。以DynaTAC 8000X為代表的這些早期手機(jī)，基本上都是重達(dá)500克以上的“大塊頭”。它們?cè)?0世紀(jì)80年代末傳入中國(guó)的時(shí)候，市場(chǎng)價(jià)格高達(dá)2萬(wàn)元，無(wú)疑成了身份的象征。

然而，盡管這些磚頭般的“大哥大”看起來(lái)威風(fēng)，卻受制于當(dāng)年的蓄電池技術(shù)而并不算太實(shí)用。在當(dāng)時(shí)，手機(jī)電池是老式的鎳鎘電池。這種電池的原理，是以氫氧化鎳水溶液和金屬鎘之間的化學(xué)反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生電能。它可以承受500次以上的充電放電過(guò)程，而且放電時(shí)電壓變化很小，還可以很容易地用簡(jiǎn)單的電路進(jìn)行充電。在當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件下，是一種理想的為移動(dòng)設(shè)備供電的電池。

然而，鎳鎘電池也并非完美無(wú)缺。除了容量有限之外，它最大的缺點(diǎn)，在于有明顯的“記憶效應(yīng)”。也就是說(shuō)，它必須在用盡電能之后才可以充電，否則容量就會(huì)遭到削減。除此之外，鎘是一種有毒的重金屬，廢棄的鎳鎘電池如果處置不當(dāng)，就可能造成環(huán)境污染。因此，隨著技術(shù)的進(jìn)步，存在明顯缺陷的鎳鎘電池很快就被取代了。

鎳氫電池

鎳鎘電池的接替者是更為環(huán)保的鎳氫電池。這種電池以能吸收氫并形成氫化物的金屬代替了鎘，這就避免了鎘帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題。不僅如此，相比于同等體積的鎳鎘電池，鎳氫電池有更高的容量，“記憶效應(yīng)”也不很明顯。

不過(guò)，鎳氫電池的一大缺點(diǎn)是它有著比較高的自我放電反應(yīng)。一塊充滿(mǎn)電的鎳氫電池，如果放置一段時(shí)間不用，存儲(chǔ)的電能就會(huì)逐漸流失。因此，盡管鎳氫電池取代了鎳鎘電池，讓手機(jī)變得更為實(shí)用，但當(dāng)鋰離子電池出現(xiàn)時(shí)，鎳氫電池也逐漸退出了手機(jī)領(lǐng)域，轉(zhuǎn)而在新能源汽車(chē)領(lǐng)域發(fā)揮自己的作用。

鋰離子電池

用金屬鋰制造電池的想法來(lái)自發(fā)明家愛(ài)迪生。但由于鋰的性質(zhì)極為活潑，在愛(ài)迪生生活的時(shí)代，加工鋰是一項(xiàng)非常危險(xiǎn)的工作，因此鋰電池在當(dāng)年并未成為主流。愛(ài)迪生的鋰電池在今天被稱(chēng)作鋰原電池，是無(wú)法充電的一次性電池。20世紀(jì)中后期，這種電池因?yàn)橄嚓P(guān)技術(shù)的進(jìn)步而實(shí)用化，憑借能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定供電的特性，滿(mǎn)足了心臟起搏器和微型計(jì)算器等產(chǎn)品的需求。

但手機(jī)中使用的第一批鋰電池，實(shí)際上是鋰離子電池。商用的鋰離子電池通常以石墨為負(fù)極，以鋰鐵磷酸鹽或者鋰鈷氧化物為正極，以溶于乙醚等有機(jī)溶劑的鋰鹽組成。由于鋰離子電池具有高能量密度（體積更小）、高電壓、污染低、循環(huán)壽命高、幾乎無(wú)記憶效應(yīng)以及能夠快速充電等優(yōu)點(diǎn)，因此，在索尼公司于20世紀(jì)90年代初發(fā)布首個(gè)商用鋰離子電池之后，這類(lèi)電池迅速顯現(xiàn)出作為手機(jī)電池的潛能，并最終取代鎳氫電池，成為手機(jī)電池的主流。

然而，隨著手機(jī)的設(shè)計(jì)風(fēng)格逐漸向著“輕”和“薄”發(fā)展，鋰離子電池的局限性也顯現(xiàn)出來(lái)。受制于液態(tài)的電解質(zhì)，鋰離子電池?zé)o法被設(shè)計(jì)得太薄；不僅如此，鋰離子電池可能會(huì)因?yàn)檫^(guò)度充電導(dǎo)致內(nèi)部壓力驟增，有爆炸或者起火的風(fēng)險(xiǎn)，故而需要為它設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的保護(hù)措施。

鋰離子聚合物電池

為了讓手機(jī)進(jìn)一步“瘦身”，鋰離子聚合物電池登場(chǎng)。這種電池以固態(tài)的聚合物來(lái)攜帶電解質(zhì)，不僅避免了過(guò)度充電帶來(lái)的危險(xiǎn)，而且擺脫了液態(tài)電解質(zhì)對(duì)電池厚度的限制，因此其最小厚度甚至可以只有半毫米，與一張信用卡相當(dāng)；而且，放棄液態(tài)電解質(zhì)也讓這種電池的形狀和包裝更為自由，這使電池的設(shè)計(jì)者能夠利用手機(jī)上其他部件小型化之后省出來(lái)的空間，盡可能提高手機(jī)的續(xù)航能力。在更新一代的電池技術(shù)出現(xiàn)以前，鋰離子聚合物電池基本上已經(jīng)是最佳的解決方案。