上一期，我們聊了手機(jī)屏幕的前世今生。從幾個(gè)像素的迷你黑白屏發(fā)展到幾百萬(wàn)像素的震撼全面屏，科技進(jìn)步如此令人瞠目結(jié)舌。 但手機(jī)有一個(gè)重要組件幾十年卻沒(méi)有較大改進(jìn)，被人們吐槽的最多，那就是電池。
在功能機(jī)時(shí)代，手機(jī)的滿(mǎn)電續(xù)航時(shí)間通常都在2-3天甚至更長(zhǎng)也不稀奇，但到了大屏智能機(jī)時(shí)代，手機(jī)的續(xù)航水平卻一下子降到了一天，甚至還不到。為什么電池的發(fā)展就不適用摩爾定律？為什么減小體積，增大容量對(duì)電池來(lái)說(shuō)就那么難？電池的發(fā)展究竟經(jīng)歷了怎樣的歷程？今天，我們就來(lái)聊聊手機(jī)電池的，前世今生。
80年代的人們使用摩托羅拉DynaTAC 8000X手機(jī)
早期，以技術(shù)成熟的圓柱形鎳鎘電池解決有無(wú)問(wèn)題
上世紀(jì)80年代，世界上第一款真正意義的手機(jī)摩托羅拉DynaTAC 8000X上市。這款方方正正看起來(lái)像磚頭一樣的東西，重達(dá)2傍（907g），售價(jià)達(dá)到了3995美元，約合25261人民幣。那么它的電池什么樣子呢？
圖片右邊貼著紅綠標(biāo)簽的就是摩托羅拉DynaTAC 8000X的電池（圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)）
這是摩托羅拉DynaTAC 8000X測(cè)試版的電池倉(cāng)內(nèi)部構(gòu)造（圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)）
從圖中能夠看出電池倉(cāng)內(nèi)部設(shè)計(jì)可謂是丑態(tài)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(lái)說(shuō)，功耗要高出不少。而從包裝信息上可以看出它所采用的電池，正是在那個(gè)時(shí)代廣泛采用的鎳鎘電池（Nickel-Cadmlum Battery）。
一個(gè)需要7.5V高電壓供電的設(shè)備，功耗自然了得，盡管配備了如此巨型的電池組，但摩托羅拉DynaTAC 8000X的通話(huà)時(shí)間卻只有區(qū)區(qū)二十多分鐘。然而更要命的是，給它充滿(mǎn)電需要長(zhǎng)達(dá)10小時(shí)。
歷代“大哥大”進(jìn)化史，左邊第一部是摩托羅拉DynaTAC 8000X
除了續(xù)航時(shí)間短，充電時(shí)間長(zhǎng)之外，鎳鉻電池的記憶效應(yīng)也十分嚴(yán)重，無(wú)法讓用戶(hù)隨用隨充。但在那個(gè)年代，容量更高的鋰電池和鎳氫電池尚處于實(shí)驗(yàn)室階段，科學(xué)家只能繼續(xù)采用鎳鉻材料，但極力改進(jìn)內(nèi)部空間，以讓電池所占用的體積更小，并且通過(guò)采用新的技術(shù)優(yōu)化電路，降低功耗，從而在不斷革新中降低了手機(jī)的體積。
90年代初，以定制方式，實(shí)現(xiàn)電池的小型化
到了90年代初期，隨著2G標(biāo)準(zhǔn)的建立，移動(dòng)通信技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越成熟，并迎來(lái)了爆發(fā)性增長(zhǎng)，然而傳統(tǒng)“大哥大”的外形尺寸已經(jīng)成為被用戶(hù)抱怨最多的地方，可以說(shuō)誰(shuí)的手機(jī)設(shè)計(jì)的越小，誰(shuí)就擁有了市場(chǎng)。所以為了小型化，手機(jī)廠商開(kāi)始拋棄傳統(tǒng)內(nèi)含圓柱形鎳鉻電池的電池倉(cāng)，轉(zhuǎn)而采用定制小型化的鎳鉻電池包。
1992年，諾基亞發(fā)布的1011采用小型化機(jī)身，告別“大哥大”時(shí)代
1992年十月，諾基亞推出的首款GSM網(wǎng)絡(luò)手機(jī)1011便是采用這種設(shè)計(jì)，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(tǒng)的設(shè)計(jì)電壓依然為7.2V，但得益于改善的功耗控制，該機(jī)的待機(jī)時(shí)間可以達(dá)到12個(gè)小時(shí)，3個(gè)小時(shí)的通話(huà)時(shí)間是第一代”大哥大“的6倍。但這樣的表現(xiàn)依然需要一天一沖，并且鎳鉻電池的充電時(shí)間都要在10小時(shí)左右，想想還是蠻不方便的。
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什么是記憶效應(yīng)？
如果您接觸過(guò)90年代的老式手機(jī)，一定記得這些手機(jī)在第一次使用的時(shí)候一定要進(jìn)行一次長(zhǎng)時(shí)間的充電，并在每滿(mǎn)一個(gè)月左右的時(shí)候定期進(jìn)行一次深度的充放電。不然手機(jī)的電池容量便會(huì)降低明顯。這就是記憶效應(yīng)。這種現(xiàn)象在早期的鎳鎘電池最為常見(jiàn)，中期的鎳氫電池有些微影響，而到了后期的鋰電池時(shí)代，便不存在這一問(wèn)題了。所以在鋰電池時(shí)代，我們可以對(duì)手機(jī)隨充隨用。
到了90年代，隨著半導(dǎo)體電路技術(shù)的進(jìn)步，手機(jī)的體積在工程師的圖紙上變得越來(lái)越小巧，但唯獨(dú)電池的體積，卻并不能像整機(jī)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(jī)擁有不錯(cuò)的續(xù)航則僅能維持較大的電池空間占比。
1990年，鎳氫電池開(kāi)始商用
鎳氫電池的問(wèn)世，讓業(yè)界看到了手機(jī)電池新的希望，因?yàn)檫@種電池技術(shù)成本并沒(méi)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(shè)計(jì)者非常開(kāi)心的是，相比鎳鉻電池，鎳氫電池不僅更加環(huán)保，而且記憶效應(yīng)也要比之更不明顯，可謂是非常理想的替代產(chǎn)品。
摩托羅拉StarTAC貝殼式翻蓋手機(jī)
對(duì)于90年代初期的手機(jī)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，手機(jī)的形態(tài)就是一塊磚。然而有一款手機(jī)顛覆了所有人的認(rèn)知，那就是——摩托羅拉StarTAC，它采用貝殼式翻蓋設(shè)計(jì)，一只手便可輕松握持，而能夠達(dá)到如此mini的身材，當(dāng)然與小型化的電池設(shè)計(jì)是分不開(kāi)的。
摩托羅拉StarTAC所采用的小型鎳氫電池模塊
在摩托羅拉StarTAC身上采用了一塊小巧的鎳氫電池，電池的電壓也從傳統(tǒng)的7.5V降到了3.6V。
鋰電時(shí)代，從步履蹣跚到統(tǒng)治全局
1992年，索尼研發(fā)多年的鋰離子電池終于投入商業(yè)使用，但由于高昂的售價(jià)以及并不突出的電量?jī)?yōu)勢(shì)，讓其只能在自家的產(chǎn)品上小試拳腳。
然而，這一切隨著1994年的一句廣告語(yǔ)而打破，那年戴爾的筆記本產(chǎn)品首次采用鋰離子電池，并且打出了：”戴爾筆記本電腦，讓你在飛機(jī)上從紐約用到洛杉磯！“這句廣告語(yǔ)就好比：”充電五分鐘，通話(huà)兩小時(shí)“一樣讓當(dāng)時(shí)的人們記憶猶新。
此后，很多手機(jī)廠商便將自家產(chǎn)品用的是鋰離子電池作為產(chǎn)品的一大賣(mài)點(diǎn)。這也奠定了鋰離子電池后來(lái)碾壓鎳氫電池，成為手機(jī)標(biāo)配的基礎(chǔ)。
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(jī)當(dāng)時(shí)還推出了鋰離子電池作為配件，但只能選裝，并且需要支付相比原裝鎳氫電池更高的費(fèi)用。由于鋰電池能夠帶來(lái)更高的電池容量，所以當(dāng)時(shí)這個(gè)配件十分受歡迎。
90年代末諾基亞推出的5110手機(jī)，鋰離子電池容量1250mAh，該機(jī)一大賣(mài)點(diǎn)就是超長(zhǎng)續(xù)航
到了90年代末期，隨著鋰電池材料技術(shù)的革新，以及制造技術(shù)的進(jìn)步，容量與成本雙雙降低，再加上鋰電池沒(méi)有記憶效應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)，所以獲得了越來(lái)越多手機(jī)廠商的青睞。鋰電時(shí)代到來(lái)了！
21世紀(jì)初，手機(jī)形態(tài)，煥發(fā)新生
時(shí)間來(lái)到二十世紀(jì)頭十個(gè)年頭，我相信這是80、90后的手機(jī)愛(ài)好者最幸福的年代。因?yàn)樵谶@十年，有太多外觀富于想象力的產(chǎn)品面世，例如下面的機(jī)型：
21世紀(jì)前十年，各式手機(jī)形態(tài)層出不窮
嵌入式可更換電池，是那個(gè)年代電池的主流設(shè)計(jì)
手機(jī)電池的形態(tài)一直在進(jìn)化，并潛移默化的影響著手機(jī)的外觀。起初，由于它占用的體積巨大，所以手機(jī)的體積也巨大；后來(lái)，電池縮小了不少，手機(jī)也開(kāi)始出現(xiàn)翻蓋這種顛覆性的設(shè)計(jì)；而到了再后來(lái)，當(dāng)電池可以輕松埋在手機(jī)內(nèi)部隱藏起來(lái)的時(shí)候，手機(jī)的設(shè)計(jì)便開(kāi)始天馬行空起來(lái)。可以看出，手機(jī)電池的大小，對(duì)于手機(jī)外觀的影響是多么巨大！
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鎳鉻與鎳氫電池為什么會(huì)淘汰？
鎳鉻電池含金屬鉻，會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，并且這種電池記憶效應(yīng)明顯而電量又不占優(yōu)勢(shì)，對(duì)于需要隨用隨充的手機(jī)來(lái)說(shuō)不太合適，所以會(huì)被淘汰。而鎳氫電池，雖然十分環(huán)保，但具有較輕微的記憶效應(yīng)，但隨著技術(shù)的成熟這個(gè)問(wèn)題已經(jīng)得到緩解。相比鋰離子電池，它在容量上存在硬傷，而且隨著后者成本的降低，鎳氫電池的成本優(yōu)勢(shì)不再，所以最終鋰離子電池將二者取代。
為什么市面上全都是5號(hào)，7號(hào)鎳氫充電電池，而不是鋰電池？
因?yàn)樵谠缙冢?號(hào)電池的電壓規(guī)定為1.2V，并且在這一標(biāo)準(zhǔn)下誕生了很多商品，例如鐘表，錄音機(jī)，遙控器等產(chǎn)品，而鎳氫電池的平臺(tái)電壓剛好是1.2V，并且從循環(huán)次數(shù)和成本方面要比鋰電池更勝一籌，所以擁有3.7V平臺(tái)電壓的鋰電池便沒(méi)有了多少存在的意義。
大屏?xí)r代——電池再次成為發(fā)展的瓶頸
2007年，蘋(píng)果發(fā)布iPhone，正面一塊大屏，一個(gè)按鍵，一個(gè)聽(tīng)筒，就是你看到的全部。如此極簡(jiǎn)的設(shè)計(jì)在當(dāng)時(shí)引起不小轟動(dòng)，但后來(lái)這種大屏設(shè)計(jì)卻仿佛成了行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，一直延續(xù)至今。然而，在這種設(shè)計(jì)之下，電池再次成為制約手機(jī)發(fā)展的瓶頸，因?yàn)槭謾C(jī)的續(xù)航時(shí)間再次回到一天一充的水平。
iPhone 5的內(nèi)部，電池占了近一半的空間
我們隨便拆開(kāi)如今的一部手機(jī)，便會(huì)發(fā)現(xiàn)它的內(nèi)部，電池占據(jù)了絕大部分空間。而且如今的鋰電池比以往任何時(shí)候的能量密度都要高。但這也架不住我們對(duì)手機(jī)越來(lái)越深的依賴(lài)，導(dǎo)致屏幕，處理器，內(nèi)存等電子元件大口大口的吞噬來(lái)自電池釋放出的電子。手機(jī)的設(shè)計(jì)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(jī)Max采用的層疊電池設(shè)計(jì)
在我拆解過(guò)的中興天機(jī)MAX手機(jī)內(nèi)，設(shè)計(jì)者利用鋰離子聚合物電池可以自由塑造形態(tài)的特性，而打造出了層疊電池，來(lái)壓榨手機(jī)內(nèi)部?jī)H存的那么一點(diǎn)空間。但這樣的成本較高，收效卻較小，所以并沒(méi)有成為主流。
iPhone X采用雙電池設(shè)計(jì)，巧妙利用機(jī)內(nèi)非矩形空間
蘋(píng)果用iPhone X告訴我們，一個(gè)鋰離子電池解決不了的問(wèn)題，那我們就用兩個(gè)來(lái)解決。但根本問(wèn)題在于電池依然占據(jù)絕大部分空間，手機(jī)的續(xù)航也并沒(méi)有突出表現(xiàn)。
榮耀Magic電池，改變石墨負(fù)極的分子結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)高效快充
而另一種曲線(xiàn)救國(guó)的方法，成為業(yè)界的主流，那就是引入快充技術(shù)。然而充電過(guò)快，對(duì)于電池的安全以及壽命都會(huì)有影響。為此，有的廠商開(kāi)始對(duì)電池材料本身”動(dòng)手腳了“。在榮耀Magic的電池內(nèi)，華為引入了一種新的鋰離子聚合物電池技術(shù)，通過(guò)引入雜原子，改變石墨負(fù)極的分子結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)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(dá)40W。這讓該機(jī)充滿(mǎn)電的時(shí)間不超過(guò)一個(gè)小時(shí)。
但快充技術(shù)無(wú)論多么先進(jìn)，必須擁有合適的充電環(huán)境以及器材的制約，便決定了它無(wú)法從根本上解決如今手機(jī)續(xù)航不足的問(wèn)題。
那么問(wèn)題來(lái)了，為什么電池進(jìn)步這么困難？
在過(guò)去20年里，手機(jī)的供電材料幾乎被鋰離子電池統(tǒng)治著，但是相比屏幕，處理器等原件，電池的技術(shù)進(jìn)步卻并不明顯。但當(dāng)我們?yōu)榇硕乖甑臅r(shí)候，其實(shí)電池研發(fā)的科學(xué)家們或許比我們還焦躁，因?yàn)樗麄儙缀醢言刂芷诒砩纤性厮芙M成的物質(zhì)都進(jìn)行了推演，力求找到新的正負(fù)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(huán)次數(shù)，還要滿(mǎn)足工業(yè)化的低成本生產(chǎn)，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。。。。。。。
文后小tip：
怎樣合理的使用鋰電池，讓它具備更長(zhǎng)壽命？
過(guò)充和過(guò)放是影響鋰電池壽命的較大因素，而將手機(jī)充滿(mǎn)，和用到?jīng)]電，是手機(jī)最接近過(guò)充和過(guò)放的節(jié)點(diǎn)。所以盡量避開(kāi)這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，平時(shí)充到90%多點(diǎn)就行了，用到10%以下就盡快充電，這樣可以有效增加電池的壽命。
快充技術(shù)對(duì)于電池的影響？
快充技術(shù)對(duì)電池壽命會(huì)有影響你知道嗎？短時(shí)間大電流充入電池也是會(huì)影響電池壽命的。但由于如今手機(jī)使用年限大多在1-2年，循環(huán)次數(shù)不算太多的情況下影響可能不會(huì)太大。但還是應(yīng)該引起我們的注意。
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