[科学技术]5G时代！消费类电子电池技术亟需变革

相信很多人在外面玩或者购物的时候，都会遇到手机电量低，找不到地方充电的尴尬情况。

随着5g通信时代的到来，新一代消费电子产品发展迅速。高速、大容量、低延迟的通信技术创新背后，对设备容量的需求会越来越高。

那么，面对日益增长的携带电能的设备需求，适合消费类电子设备的锂电池技术有哪些新的研究进展？未来电池技术的创新方向会走向何方？

近日，业内知名专家——复旦大学化学系夏永耀教授、中国化学物理电力工业协会动力电池应用分会研究部周波主任接受cstnet采访，分享5g通信时代的全面到来给消费电子电池技术带来的挑战和颠覆。

锂硫电池结构示意图

5g时代，万物互联离不开强大的“电”

平板电脑、蓝牙扬声器、智能手机、消费机器人...消费电子产品的种类越来越多。一方面，这些消费品的出现给人们带来了真实便捷的体验；另一方面，人们经常看到这类产品的实际用户以这样或那样的方式抱怨产品不令人满意。

“5g时代的到来，不仅仅是网速的改变那么简单。它离不开一系列的动力支撑系统。”中国化学物理电力工业协会动力电池应用分会研究部主任周波认为，如果互联网使人与物之间的联系更加紧密，5g时代的到来不仅会提高这种联系的速度，还会使物与物之间的基础合作更加紧密。

“手机没电了，情况紧急。这时候我们特别希望有一款超级功率的手机电池。”周波表示，市场上手机、平板电脑等移动电子产品使用的电池大多是锂离子电池。虽然设计师们一直在通过各种方法让电池的容量增加，但与消费类电子产品的快速创新速度相比，仍然让人感到疲惫。

周波认为，物联网的5g时代无疑会带动各种移动设备的硬件性能需求，包括手机、可穿戴电子产品、物联网设备、无人机等。在这种背景下，电池寿命能否支撑5g带来的高速计算需求，将是一个值得关注的重要问题。

产业创新，新一代电池技术尚未成熟

“目前，3c市场上技术成熟的电池是钴酸锂，它也是消费电子市场上使用最广泛的阴极材料。”复旦大学化学教授夏永耀表示，目前市场上主流的商用锂电池正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料(镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂)等。后三个主要要求是在动力电池中，而钴酸锂更多地用于消费电子领域。

对于消费电子电池，夏永耀认为，锂离子电池的输入输出性能主要取决于电池内部材料的结构和性能，包括负极材料、电解质、隔膜和正极材料。然而，钴酸锂电池具有高比重、高体积、高重量和高能量密度的优点，因此成为消费电子产品的最佳选择。

但随着5g时代的到来，消费类电子产品不断创新，人们对电池容量的需求也在直线上升，要求电池产品具有更大的灵活性、更长的运行时间、更低的成本和更高的安全性。消费电子设备的特点也对新一代电池技术提出了更严格的要求。小型化与电池容量的矛盾，充放电速度与充放电次数的矛盾等等都是亟待解决的问题。

“我们说新一代电池技术主要是指以金属锂为代表的负极电池。”夏永耀认为，锂硫电池、锂空电池等。是下一代电池的研究方向。虽然金属锂的能量密度会很高，但在充放电过程中仍存在枝晶形成和充放电库仑效率低的安全隐患。特别是目前的锂空电池技术，因此，他认为新一代电池技术不太可能在十年内商业化。

对于企业来说，除了在目前的技术框架下努力提高电池的稳定性和使用寿命之外，还需要有前瞻性的技术革命意识，不断加大对新材料和新电池技术的探索和研究，才能在5g到来时立于不败之地。

此外，夏永耀还告诉记者，随着以可穿戴设备为代表的新型消费电子行业的增加，对消费锂电池的需求进一步增加。可穿戴设备通常采用固态锂电池的薄膜电池技术，薄膜电池在技术和工艺上基本成熟，如银行卡、vr、手环等可穿戴设备。据艾传媒咨询预测，仅vr行业对锂电池的需求，预计到2020年将超过550亿元人民币。

在变革前夕，快速充电技术和共享充电宝空

谈到消费锂电池的未来，周波认为有两大发展趋势:一是技术创新，如增加正负极材料的替代研究，以满足消费者用户对电池尺寸和容量的双重要求；二是安全性能，大容量、高密度的新电池技术从实验室走向商业市场，需要保持更加谨慎的态度。

目前，为了满足用户对电池续航指标的需求，很多消费类电子业务都在尝试通过多种方式提升电池体验，比如手机领域众所周知的快速充电技术，国内的华为、oppo、vivo都在这方面表现不错。

“绝大多数手机都使用快速充电技术，这种技术相当普及。”周波认为，快速充电技术使用高压电流，通过提高充电电压，最终提高手机的充电速度，从而缩短手机的充电时间，从而充电速度得到了显著提高。

“传统锂电池和快速充电技术的结合并不是最新的技术，而是一种容易实现的电池匹配。”周波说，快速充电技术虽然是电池技术全面革命之前的替代方案，但也有一些不可避免的缺点——电池的正极结构实际上是一种非常脆弱的结构，大电流充放电会造成颗粒破碎，破碎后表面积增大，电解液覆盖不足，导致电池容量降低，寿命缩短。

虽然革命性的新一代电池技术不太可能在十年内实现商业化，但随着5g时代的到来，高清影音通话和大功率物联网应用必然会给手机等消费类电子产品增加难以想象的压力。在电池技术急需系统变革的前夕，除了刚才提到的快速充电技术，国内风险投资市场选择共享充电宝的模式来解决用户手机的续航问题也是一种有益的尝试。