越瘦越强悍!手机电池技术的发展历程你都知道吗?

2018年06月28日
撰文/马阿里
本文节选自《知识就是力量》杂志
 
从摩托罗拉公司1983年推出世界第一部商用手机DynaTAC8000X算起,商用手机和手机电池已经走过了30多年的历程。那么,说到手机电池,你知道它们都是怎样一步步由大变小,而且功能越来越强的吗?
下面我们一起来了解一下手机电池技术的发展历程吧!
一、镍镉电池
DynaTAC 8000X为代表的这些早期手机,基本上都是重达500克以上的“大块头”。它们在20世纪80年代末传入中国的时候,市场价格高达2万元,无疑成了身份的象征。
然而,尽管这些砖头般的“大哥大”看起来威风,却受制于当年的蓄电池技术而并不算太实用。在当时,手机电池是老式的镍镉电池。这种电池的原理,是以氢氧化镍水溶液和金属镉之间的化学反应来产生电能。它可以承受500次以上的充电放电过程,而且放电时电压变化很小,还可以很容易地用简单的电路进行充电。在当时的技术条件下,是一种理想的为移动设备供电的电池。
然而,镍镉电池也并非完美无缺。除了容量有限之外,它最大的缺点,在于有明显的“记忆效应”。也就是说,它必须在用尽电能之后才可以充电,否则容量就会遭到削减。除此之外,镉是一种有毒的重金属,废弃的镍镉电池如果处置不当,就可能造成环境污染。因此,随着技术的进步,存在明显缺陷的镍镉电池很快就被取代了。
二、镍氢电池
镍镉电池的接替者是更为环保的镍氢电池。这种电池以能吸收氢并形成氢化物的金属代替了镉,这就避免了镉带来的环境污染问题。不仅如此,相比于同等体积的镍镉电池,镍氢电池有更高的容量,“记忆效应”也不很明显。
不过,镍氢电池的一大缺点是它有着比较高的自我放电反应。一块充满电的镍氢电池,如果放置一段时间不用,存储的电能就会逐渐流失。因此,尽管镍氢电池取代了镍镉电池,让手机变得更为实用,但当锂离子电池出现时,镍氢电池也逐渐退出了手机领域,转而在新能源汽车领域发挥自己的作用。
三、锂离子电池
用金属锂制造电池的想法来自发明家爱迪生。但由于锂的性质极为活泼,在爱迪生生活的时代,加工锂是一项非常危险的工作,因此锂电池在当年并未成为主流。
爱迪生的锂电池在今天被称作锂原电池,是无法充电的一次性电池。20世纪中后期,这种电池因为相关技术的进步而实用化,凭借能长时间稳定供电的特性,满足了心脏起搏器和微型计算器等产品的需求。
但手机中使用的第一批锂电池,实际上是锂离子电池。商用的锂离子电池通常以石墨为负极,以锂铁磷酸盐或者锂钴氧化物为正极,以溶于乙醚等有机溶剂的锂盐组成。由于锂离子电池具有高能量密度(体积更小)、高电压、污染低、循环寿命高、几乎无记忆效应以及能够快速充电等优点,因此,在索尼公司于20世纪90年代初发布首个商用锂离子电池之后,这类电池迅速显现出作为手机电池的潜能,并最终取代镍氢电池,成为手机电池的主流。
然而,随着手机的设计风格逐渐向着“轻”和“薄”发展,锂离子电池的局限性也显现出来。受制于液态的电解质,锂离子电池无法被设计得太薄;不仅如此,锂离子电池可能会因为过度充电导致内部压力骤增,有爆炸或者起火的风险,故而需要为它设计专门的保护措施。
四、锂离子聚合物电池
为了让手机进一步“瘦身”,锂离子聚合物电池登场。这种电池以固态的聚合物来携带电解质,不仅避免了过度充电带来的危险,而且摆脱了液态电解质对电池厚度的限制,因此其最小厚度甚至可以只有半毫米,与一张信用卡相当;而且,放弃液态电解质也让这种电池的形状和包装更为自由,这使电池的设计者能够利用手机上其他部件小型化之后省出来的空间,尽可能提高手机的续航能力。
在更新一代的电池技术出现以前,锂离子聚合物电池基本上已经是最佳的解决方案。
看到这里你是不是感受到,科技总是在不断的发展之中,而且随着科技的发展,我们的生活越会越来越便利!
本文来源:知识就是力量公众号