終於有人說清了！為啥手機電池技術進步這麼慢？

上一期，我們聊了手機屏幕的前世今生（鏈接：手機屏幕的前世今生可能比你想的還精彩）。從幾個像素的迷你黑白屏發展到幾百萬像素的震撼全面屏，科技進步如此令人瞠目結舌。但手機有一個重要組件幾十年卻沒有較大改進，被人們吐槽的最多，那就是電池。

在功能機時代，手機的滿電續航時間通常都在2-3天甚至更長也不稀奇，但到了大屏智能機時代，手機的續航水平卻一下子降到了一天，甚至還不到。為什麼電池的發展就不適用摩爾定律？為什麼減小體積，增大容量對電池來說就那麼難？電池的發展究竟經歷了怎樣的歷程？今天，我們就來聊聊手機電池的，前世今生。

80年代的人們使用摩托羅拉DynaTAC8000X手機

早期，以技術成熟的圓柱形鎳鎘電池解決有無問題

上世紀80年代，世界上第一款真正意義的手機摩托羅拉DynaTAC8000X上市。這款方方正正看起來像磚頭一樣的東西，重達2傍（907g），售價達到了3995美元，約合25261人民幣。那麼它的電池什麼樣子呢？

圖片右邊貼著紅綠標籤的就是摩托羅拉DynaTAC8000X的電池（圖片來自網路）

這是摩托羅拉DynaTAC8000X測試版的電池倉內部構造（圖片來自網路）

從圖中能夠看出電池倉內部設計可謂是醜態百出，六枚圓柱電池被膠帶捆綁，組成一套輸出電壓為7.5V的電池組。相比如今普遍3.8V的電池電壓來說，功耗要高出不少。而從包裝信息上可以看出它所採用的電池，正是在那個時代廣泛採用的鎳鎘電池（Nickel-CadmlumBattery）。

一個需要7.5V高電壓供電的設備，功耗自然了得，儘管配備了如此巨型的電池組，但摩托羅拉DynaTAC8000X的通話時間卻只有區區二十多分鐘。然而更要命的是，給它充滿電需要長達10小時。

歷代「大哥大」進化史，左邊第一部是摩托羅拉DynaTAC8000X

除了續航時間短，充電時間長之外，鎳鉻電池的記憶效應也十分嚴重，無法讓用戶隨用隨充。但在那個年代，容量更高的鋰電池和鎳氫電池尚處於實驗室階段，科學家只能繼續採用鎳鉻材料，但極力改進內部空間，以讓電池所佔用的體積更小，並且通過採用新的技術優化電路，降低功耗，從而在不斷革新中降低了手機的體積。

90年代初，以定製方式，實現電池的小型化

到了90年代初期，隨著2G標準的建立，移動通信技術已經越來越成熟，並迎來了爆發性增長，然而傳統「大哥大」的外形尺寸已經成為被用戶抱怨最多的地方，可以說誰的手機設計的越小，誰就擁有了市場。所以為了小型化，手機廠商開始拋棄傳統內含圓柱形鎳鉻電池的電池倉，轉而採用定製小型化的鎳鉻電池包。

1992年，諾基亞發布的1011採用小型化機身，告別「大哥大」時代

1992年十月，諾基亞推出的首款GSM網路手機1011便是採用這種設計，它的體重控制在了476g，幾乎是早期「大哥大」體重的一半。雖然系統的設計電壓依然為7.2V，但得益於改善的功耗控制，該機的待機時間可以達到12個小時，3個小時的通話時間是第一代」大哥大「的6倍。但這樣的表現依然需要一天一衝，並且鎳鉻電池的充電時間都要在10小時左右，想想還是蠻不方便的。

本頁小Tip：

什麼是記憶效應？

如果您接觸過90年代的老式手機，一定記得這些手機在第一次使用的時候一定要進行一次長時間的充電，並在每滿一個月左右的時候定期進行一次深度的充放電。不然手機的電池容量便會降低明顯。這就是記憶效應。這種現象在早期的鎳鎘電池最為常見，中期的鎳氫電池有些微影響，而到了後期的鋰電池時代，便不存在這一問題了。所以在鋰電池時代，我們可以對手機隨充隨用。

到了90年代，隨著半導體電路技術的進步，手機的體積在工程師的圖紙上變得越來越小巧，但唯獨電池的體積，卻並不能像整機那樣成比例的縮小。原因大家都很清楚，鎳鎘電池所能提供的電量有限，想要讓手機擁有不錯的續航則僅能維持較大的電池空間佔比。

1990年，鎳氫電池開始商用

鎳氫電池的問世，讓業界看到了手機電池新的希望，因為這種電池技術成本並沒有比鎳鉻電池增加多少，但電池容量卻有了顯著提升。還有令設計者非常開心的是，相比鎳鉻電池，鎳氫電池不僅更加環保，而且記憶效應也要比之更不明顯，可謂是非常理想的替代產品。

摩托羅拉StarTAC貝殼式翻蓋手機

對於90年代初期的手機用戶來說，手機的形態就是一塊磚。然而有一款手機顛覆了所有人的認知，那就是——摩托羅拉StarTAC，它採用貝殼式翻蓋設計，一隻手便可輕鬆握持，而能夠達到如此mini的身材，當然與小型化的電池設計是分不開的。

摩托羅拉StarTAC所採用的小型鎳氫電池模塊

在摩托羅拉StarTAC身上採用了一塊小巧的鎳氫電池，電池的電壓也從傳統的7.5V降到了3.6V。

鋰電時代，從步履蹣跚到統治全局

1992年，索尼研發多年的鋰離子電池終於投入商業使用，但由於高昂的售價以及並不突出的電量優勢，讓其只能在自家的產品上小試拳腳。

然而，這一切隨著1994年的一句廣告語而打破，那年戴爾的筆記本產品首次採用鋰離子電池，並且打出了：」戴爾筆記本電腦，讓你在飛機上從紐約用到洛杉磯！「這句廣告語就好比：」充電五分鐘，通話兩小時「一樣讓當時的人們記憶猶新。

此後，很多手機廠商便將自家產品用的是鋰離子電池作為產品的一大賣點。這也奠定了鋰離子電池後來碾壓鎳氫電池，成為手機標配的基礎。

摩托羅拉StarTAC的鋰電池為選裝配件

還記得之前，我們聊到的摩托羅拉StarTAC嗎？該機當時還推出了鋰離子電池作為配件，但只能選裝，並且需要支付相比原裝鎳氫電池更高的費用。由於鋰電池能夠帶來更高的電池容量，所以當時這個配件十分受歡迎。

90年代末諾基亞推出的5110手機，鋰離子電池容量1250mAh，該機一大賣點就是超長續航

到了90年代末期，隨著鋰電池材料技術的革新，以及製造技術的進步，容量與成本雙雙降低，再加上鋰電池沒有記憶效應的優點，所以獲得了越來越多手機廠商的青睞。鋰電時代到來了！

21世紀初，手機形態，煥發新生

時間來到二十世紀頭十個年頭，我相信這是80、90後的手機愛好者最幸福的年代。因為在這十年，有太多外觀富於想像力的產品面世，例如下面的機型：

21世紀前十年，各式手機形態層出不窮

嵌入式可更換電池，是那個年代電池的主流設計

手機電池的形態一直在進化，並潛移默化的影響著手機的外觀。起初，由於它佔用的體積巨大，所以手機的體積也巨大；後來，電池縮小了不少，手機也開始出現翻蓋這種顛覆性的設計；而到了再後來，當電池可以輕鬆埋在手機內部隱藏起來的時候，手機的設計便開始天馬行空起來。可以看出，手機電池的大小，對於手機外觀的影響是多麼巨大！

本頁小tip：

鎳鉻與鎳氫電池為什麼會淘汰？

鎳鉻電池含金屬鉻，會對環境產生污染，並且這種電池記憶效應明顯而電量又不佔優勢，對於需要隨用隨充的手機來說不太合適，所以會被淘汰。而鎳氫電池，雖然十分環保，但具有較輕微的記憶效應，但隨著技術的成熟這個問題已經得到緩解。相比鋰離子電池，它在容量上存在硬傷，而且隨著後者成本的降低，鎳氫電池的成本優勢不再，所以最終鋰離子電池將二者取代。

為什麼市面上全都是5號，7號鎳氫充電電池，而不是鋰電池？

因為在早期，5號電池的電壓規定為1.2V，並且在這一標準下誕生了很多商品，例如鐘錶，錄音機，遙控器等產品，而鎳氫電池的平台電壓剛好是1.2V，並且從循環次數和成本方面要比鋰電池更勝一籌，所以擁有3.7V平台電壓的鋰電池便沒有了多少存在的意義。

大屏時代——電池再次成為發展的瓶頸

2007年，蘋果發布iPhone，正面一塊大屏，一個按鍵，一個聽筒，就是你看到的全部。如此極簡的設計在當時引起不小轟動，但後來這種大屏設計卻彷彿成了行業的標準，一直延續至今。然而，在這種設計之下，電池再次成為制約手機發展的瓶頸，因為手機的續航時間再次回到一天一充的水平。

iPhone5的內部，電池佔了近一半的空間

我們隨便拆開如今的一部手機，便會發現它的內部，電池佔據了絕大部分空間。而且如今的鋰電池比以往任何時候的能量密度都要高。但這也架不住我們對手機越來越深的依賴，導致屏幕，處理器，內存等電子元件大口大口的吞噬來自電池釋放出的電子。手機的設計者們也在不停地在尋找解決方案。例如下面這些例子：

中興天機Max採用的層疊電池設計

在我拆解過的中興天機MAX手機內，設計者利用鋰離子聚合物電池可以自由塑造形態的特性，而打造出了層疊電池，來壓榨手機內部僅存的那麼一點空間。但這樣的成本較高，收效卻較小，所以並沒有成為主流。

iPhoneX採用雙電池設計，巧妙利用機內非矩形空間

蘋果用iPhoneX告訴我們，一個鋰離子電池解決不了的問題，那我們就用兩個來解決。但根本問題在於電池依然佔據絕大部分空間，手機的續航也並沒有突出表現。

榮耀Magic電池，改變石墨負極的分子結構，實現高效快充

而另一種曲線救國的方法，成為業界的主流，那就是引入快充技術。然而充電過快，對於電池的安全以及壽命都會有影響。為此，有的廠商開始對電池材料本身」動手腳了「。在榮耀Magic的電池內，華為引入了一種新的鋰離子聚合物電池技術，通過引入雜原子，改變石墨負極的分子結構，從而實現了在不影響電池壽命的前提下，快速充電。而充電的最高功率，高達40W。這讓該機充滿電的時間不超過一個小時。

但快充技術無論多麼先進，必須擁有合適的充電環境以及器材的制約，便決定了它無法從根本上解決如今手機續航不足的問題。

那麼問題來了，為什麼電池進步這麼困難？

在過去20年里，手機的供電材料幾乎被鋰離子電池統治著，但是相比屏幕，處理器等原件，電池的技術進步卻並不明顯。但當我們為此而焦躁的時候，其實電池研發的科學家們或許比我們還焦躁，因為他們幾乎把元素周期表上所有元素所能組成的物質都進行了推演，力求找到新的正負極材料。

但即想要它足夠安全，又要它具備足夠多的能量以及極高的充放電循環次數，還要滿足工業化的低成本生產，想要做到這些要比單純提升晶體管工藝，增加屏幕尺寸難得多得多.......

文後小tip：

怎樣合理的使用鋰電池，讓它具備更長壽命？

過充和過放是影響鋰電池壽命的較大因素，而將手機充滿，和用到沒電，是手機最接近過充和過放的節點。所以盡量避開這兩個節點，平時充到90%多點就行了，用到10%以下就儘快充電，這樣可以有效增加電池的壽命。

快充技術對於電池的影響？

快充技術對電池壽命會有影響你知道嗎？短時間大電流充入電池也是會影響電池壽命的。但由於如今手機使用年限大多在1-2年，循環次數不算太多的情況下影響可能不會太大。但還是應該引起我們的注意。

上一期，手機屏幕的前世今生傳送門：手機屏幕的前世今生可能比你想的還精彩

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