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電池技術(shù)重大突破 鋰電池技術(shù)重大突破


電池技術(shù)重大突破 鋰電池技術(shù)重大突破

文章插圖
試問5年前有誰想到2021年的手機(jī)將會是什么樣子?
5G超高速通訊網(wǎng)絡(luò)讓人們隨時可以接入互聯(lián)網(wǎng) , 將多年前僅限于通話的個人終端拓展出更多可能;強(qiáng)悍的處理器算力提供暢快的使用體驗 , 甚至可以在手機(jī)上享受3A級游戲;影像部分更是達(dá)到前所未有的高度 , 抬手即拍的就擁有與相機(jī)一戰(zhàn)之力的畫質(zhì);屏幕更是從以前的3.5英寸最佳變成手機(jī)有多大屏幕就有多大 。
唯獨 , 默默無聞為這么多高科技部件提供運行電力的電池 , 卻難以突破自身界限 , 能量密度難以提升 。人們另辟蹊徑 , 從提高電池的充電功率 , 從縮短電池的充電時間著手 , 也只能緩解容量不夠大的窘迫 , 不能解決根本性容量密度低下的問題 。
石墨材質(zhì)負(fù)極制作的鋰電池已使用多年 , 經(jīng)過逐年發(fā)展容量提升已達(dá)到瓶頸狀態(tài) , 想要獲得更長的續(xù)航只能依賴簡單粗暴的“增加電池尺寸”來提升容量 , 在如今追求輕、薄、手感的旗艦機(jī)中電池已成為木桶里最大短板 。
誰能站出來?
2021年3月29日-30日小米連開兩場春季新品發(fā)布會 , 小米11 Pro、小米11 Ultra、小米折疊屏手機(jī)等重磅旗艦手機(jī)亮相 , 小米全球首發(fā)了硅氧負(fù)極電池 , 并成功量產(chǎn)搭載在小米11 Pro、小米11 Ultra身上 , 高能量密度、高壽命、高性能的硅氧負(fù)極電池相信會帶動電池行業(yè)邁向新的篇章 。
電池原理
電池從結(jié)構(gòu)件來劃分主要由三個部件組成:陽極、陰極、與隔膜 , 通過卷繞堆疊等方式裝配 , 填充電解液后封入鋼殼或者軟性包裝內(nèi) , 就變成人們常見的電池 , 鋼殼電池一般用于電動汽車上 , 數(shù)碼產(chǎn)品一般使用軟性包裝 。
在充電過程中 , 外部電壓通過極耳施加到電池內(nèi)部 , 正極鋰離子釋放電子 , 在電場作用下穿過隔膜在電解液中遷移至負(fù)極 , 嵌入到負(fù)極石墨活性物質(zhì)內(nèi)部 , 電子被接收 , 完成充電儲能過程 。外部帶載需要放電時 , 鋰離子釋放電子并從負(fù)極脫嵌 , 穿過隔膜向正極遷移 , 嵌入到正極 , 電子被正極活性物質(zhì)接收 , 完成電能釋放 。
傳統(tǒng)石墨負(fù)極電池瓶頸
鋰電池正極材料有很多不同的配方 , 鈷酸鋰、鎳鈷錳、鎳鈷鋁 , 這里暫不討論正極 。負(fù)極材質(zhì)方面一般采用石墨配方制作 , 石墨易取得且價格便宜 , 并且性能還行 , 所以石墨負(fù)極作為電池負(fù)極主要材質(zhì)已使用了幾十年 。
石墨材質(zhì)負(fù)極電池多次循環(huán)后 , 架構(gòu)開始不穩(wěn)定 , 部分鋰離子無法嵌入到負(fù)極內(nèi)部只能停留在負(fù)極表面 , 慢慢堆積起來產(chǎn)生析鋰現(xiàn)象 , 可用與遷移的鋰離子越來越少 , 容量快速衰減 , 嚴(yán)重時會析鋰會變成鋰枝晶刺破隔膜 , 導(dǎo)致電池內(nèi)部短路漏電甚至爆炸 。容量方面?zhèn)鹘y(tǒng)石墨負(fù)極材質(zhì)鋰電池能量密度理論上限約為372mAh/g , 目前技術(shù)已迫近理論值難以再往上突破 , 尋求新材質(zhì)配方勢在必行 。
小米每代旗艦電池發(fā)展
小米歷代旗艦系列手機(jī)的電池容量發(fā)展 , 從上面的柱狀圖可以看到 , 小米歷代旗艦機(jī)型的電池容量基本上隨時間逐漸提升 , 但到達(dá)4000mAh之后容量增長開始放緩 , 電池容量最高為小米10的4780mAh , 主要提升容量密度的方法是增大電池體積 , 可以看出傳統(tǒng)石墨負(fù)極電池能量密度已到達(dá)瓶頸狀態(tài) 。


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