為什麼現在手機都如此優秀了 電池技術還沒啥進步

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智能手機的電池續航能力越來越差，這已經是一個被大家普遍接受的事實。就算很多人都已經習慣了每天攜帶著沉重的移動電源，或者智能手機的電池容量變得越來越大，但大多數智能手機的使用時間現在基本上都很難堅持超過一天，就算是續航最出色的手機，也得是在輕度使用的情況下，勉強撐過兩天。

但回顧過去，手機的續航時間可並不是這樣。十多年前的手機，續航時間根本不是我們要擔心的事情，一次充電之後可以使用好幾天，根本不用總想著充電。沒錯，現在的智能手機已經比當初的諾基亞3310種類的功能手機性能強大的多，但為何手機的進步這麼大，但電池技術卻沒有跟上時代的步伐呢？

根據阿貢Argonne Collaborative中心儲能科學與電池技術專家Venkat Srinivasan的解答來看，其實想要找出這個問題的答案很簡單：摩爾定律的發展速度超過了電池技術的發展速度，這意味著我們的手機在性能上表現得更好，而更快的處理速度和性能也就對電量的消耗速度變得更快。

但這並不是說最近幾年電池技術沒有任何進步：在過去的幾年裡，業界通過減少智能手機內部組件，已經能夠穩步提高電池的能量密度。但根據Venkat Srinivasan的說法：「很明顯在五年前我們已經無法在提升任何東西，電池也經常會發生起火的問題。但現在電池領域已經達到了一個階段，更高的能源密度改善需要依託於製造電池材料的改進。但與我們熟悉的工程技術進步速度相比，新材料的應用和研發速度總是要慢一些。」

這是因為今天智能手機手機使用的充電電池都是基於鈷鋰電池原料，而我們從上世紀90年代早期就開始使用鈷鋰電池技術，因此基本上已經將這種類型電池技術的潛力發揮到了極限。當然，未來還是充滿希望的，研究人員已經在研究新材料組成的電池技術，比如固態電池，在固態離子學中，固態電池是一種使用固體電極和固體電解液的電池。固態電池一般功率密度較低，能量密度較高。而這也可能會為將來研發出更多的高能量材料打開大門，讓未來的智能手機擁有更多的能量。

傳統的液態鋰電池又被科學家們形象地稱為「搖椅式電池」，搖椅的兩端為電池的正負兩極，中間為電解質（液態）。而鋰離子就像優秀的運動員，在搖椅的兩端來回奔跑，在鋰離子從正極到負極再到正極的運動過程中，電池的充放電過程便完成了。

固態電池的原理與之相同，只不過其電解質為固態，具有的密度以及結構可以讓更多帶電離子聚集在一端，傳導更大的電流，進而提升電池容量。因此，同樣的電量，固態電池體積將變得更小。不僅如此，固態電池中由於沒有電解液，封存將會變得更加容易，在汽車等大型設備上使用時，也不需要再額外增加冷卻管、電子控制項等，不僅節約了成本，還能有效減輕重量。

使用了全固態電解質後，鋰離子電池的適用材料體系也會發生改變，其中核心的一點就是可以不必使用嵌鋰的石墨負極，而是直接使用金屬鋰來做負極，這樣可以明顯減輕負極材料的用量，使得整個電池的能量密度有明顯提高。

傳統鋰離子電池中，需要使用隔膜和電解液，它們加起來佔據了電池中近40%的體積和25%的質量。而如果把它們用固態電解質取代（主要有有機和無機陶瓷材料兩個體系），正負極之間的距離（傳統上由隔膜電解液填充，現在由固態電解質填充）可以縮短到甚至只有幾到十幾個微米，這樣電池的厚度就能大幅降低。

即使是脆性的陶瓷材料，在厚度薄到毫米級以下後經常是可以彎曲的，材料會變得有柔性。相應的，全固態電池在輕薄化後柔性程度也會有明顯的提高，通過使用適當的封裝材料（不能是剛性的外殼），製成的電池可以經受幾百到幾千次的彎曲而保證性能基本不衰減。

傳統鋰電池可能發生以下危險：首先，在大電流下工作有可能出現鋰枝晶，從而刺破隔膜導致短路破壞；其次電解液為有機液體，在高溫下發生副反應、氧化分解、產生氣體、發生燃燒的傾向都會加劇。採用全固態電池技術，以上兩點問題就可以直接得到解決。

不過有一個問題需要注意，那就是等到這些新技術電池上市的時候，我們的手機可能會變得比現在更加先進，從而需要更多的電量，到時候可能依然還是智能手機續航時間不超過1天的尷尬局面，誰又知道呢？

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