都2021年了，為什么你的手機電量還是不夠用？

現(xiàn)在的手機，電池容量很多都達到了4000mAh以上，這意味著它們用起來更持久（當然一些手機的新芯片也在節(jié)電方面做足了功夫），但手機輕了，自然手感也好，不同品牌的設計理念，各有千秋吧。

手機，從最初的大哥大，到現(xiàn)在的智能機，電池容量的變化已經(jīng)不是攀升了，而是飛躍，但我們對電池的焦慮，卻一點都沒減輕，我們?nèi)找嫦冗M的電池，為什么就無法滿足人們不斷增長的續(xù)航需求呢？

手機發(fā)展史，也是一部電池焦慮史

1973年，美國摩托羅拉工程師馬丁·庫帕發(fā)明了世界上第一部真正的手機，不過，使用這部手機，與其是說在打電話，不如說是在舉鐵，因為它足足有2千克重。

庫帕這款手機的重量和它之前那些所謂的“手機”比起來，還是輕了很多，要知道，瑞典埃里克森公司在上世紀50年代的“手機”，光電池就有近40千克，這已經(jīng)不是用手就能使用的了。

10年后，我們所熟知的“大哥大”誕生了。作為人類第一款商用手機，它的重量也不輕，差不多有0.9千克。

在“大哥大”那巨大的身材里，有一半都是電池，但它的電池容量只有500mAh，而且需要10小時才能充滿，充滿后卻只能打30分鐘電話，真正做到了“充電2小時，通話5分鐘”。

“大哥大”使用的電池是鎳鎘電池，這種電池在上世紀80年代已經(jīng)非常先進了。鎳鎘電池顧名思義，陰陽兩極一頭是鎳（正極，2NiOOH），一頭是鎘（負極，Cd），電池溶液是氫氧化鈉（NaOH），電池放電時，負極的鎘與兩個OH-反應放出2個電子，在正極形成2個新的OH-，以保證電池溶液濃度不變。

▲ 鎳鎘電池工作原理。制圖/張雨晨

和第一代可充放電的鉛蓄電池（未曾用于手機）比，鎳鎘電池體積小，電流大，而且反復充放個500次都沒問題，當然，它也有許多缺點，比如電池容易發(fā)熱，鎘元素有毒，不好回收等等，但這些問題都沒有記憶效應嚴重。

所謂記憶效應，就是電池在電量沒有全部用光的時候就充電的話，容量會變小。比如你經(jīng)常在還剩50%電的時候開始充電，久而久之電池就會“認為”電池的最低電量就是50%。

對于只能支持半個小時通話的大哥大來說，記憶效應是致命的，致命到你甚至想扔掉這款價值上萬美元的手機。記憶效應的陰影甚至影響到了現(xiàn)在，很多人在使用今天的鋰電池時，還會不自主地認為：電放干凈再充對手機才好（其實恰恰相反）。

1989年，新一代鎳氫電池的商用化才緩解了記憶效應帶來的電量尷尬。鎳氫電池無毒，雖然有記憶效應但很容易恢復，而且它容量更大：一款1997年推出的搭載鎳氫電池的手機，電池容量已經(jīng)達到了1300mAh。

但是，鎳氫電池也有自己的問題，它發(fā)熱量大，不用的時候漏電很厲害——即使關(guān)機了，也不能阻止電池把電耗光。因此，鎳氫電池隨著手機之光——鋰電池的逐漸商用，也被取而代之了。

手機之光——鋰電池

1991年，鋰離子電池，也就是我們常說的鋰電池首次進入商用領(lǐng)域，手機終于獲得了持久而穩(wěn)定的續(xù)航?？梢哉f，如果沒有鋰電池的加持，就沒有今天功能強勁的手機和五花八門的APP。

鋰電池和鎳鎘電池、鎳氫電池不一樣，后兩者在充放電的時候，都是電子和OH-來回跑，鎳和其它金屬是不同的，鋰電池則是鋰離子和電子來回跑。

就拿我們現(xiàn)在常用的鋰電池來說，它的負極一般是片層結(jié)構(gòu)的石墨，鋰原子就“夾”在這些片層之中，而正極，則可以是各種類型的金屬氧化物，它呈網(wǎng)格狀，鋰原子同樣也能藏在里面。這種結(jié)構(gòu)的電池的充放電過程，實際就是鋰離子逃離“牢籠”，通過電池中間的隔膜、電子通過導線來回跑而已。

▲ 鋰電池工作原理，此處的晶格結(jié)構(gòu)僅為示意，不同的物質(zhì)晶格結(jié)構(gòu)有所不同。制圖/張雨晨

相比于另外兩種電池，鋰電池容量大，沒有記憶效應，發(fā)熱也少，除了造價貴之外，幾乎沒有什么缺點。80后記憶里的那幾款超長續(xù)航的小板兒機，其背后都是鋰電池的功勞。

今天的鋰電池，和之前用的鋰電池相比，容量已經(jīng)提升了數(shù)倍，但這種提升速度卻依然跟不上時代的步伐。

如今的智能手機，性能先進，都已經(jīng)快成相機+電腦的結(jié)合體了，各種大型軟件、即時通信軟件都會大量耗電，大屏、120Hz高清屏也會增加耗電，反觀我們自己，用手機的時間也是越來越長。

鋰電池就不能再發(fā)展發(fā)展，更加澎湃、持久么？恐怕很難！

想提升鋰電池的性能，無非就是提高鋰原子的占比而已，現(xiàn)在鋰離子電池中的鋰原子占比僅不到1%，看似還有大把的提升空間，但提升后的安全性卻無法得到保障，具體的例子這里就不展開了。

而過充、過放，都容易導致鋰電池正負極晶格體系的破壞，從而導致鼓包。

那么，鋰電池該如何充電？

鋰電池沒有記憶效應，但害怕過度放電和充電。過度的放電和充電，會讓部分鋰原子被死死地“壓進”正負極中無法逃脫，導致電池容量減小。所以，鋰電池一般可以在還剩20%電量的時候充電，充到90%的時候結(jié)束充電。

不過，現(xiàn)在手機的鋰電池中都有保護電路，會在過度充電時切斷電路，盡管如此，還是盡量避免充電過夜。

另外，在充電期間玩手機游戲，也會導致電池溫度提升，壽命縮短。

電量焦慮，什么時候才能解決？

能從根本上解決電量焦慮的方法，還是改進電池。

科學家們至今還沒有放棄鋰電池，硅和鋰金屬都被認為是可以作為負極的潛在材料，幾年前，新加坡南洋理工大學的科學家曾嘗試用二氧化鈦凝膠代替石墨，但這種改進只是讓充電變得更快，電容量卻不見增加。

以硫為陽極的鋰硫電池是在短期內(nèi)最有可能成功的技術(shù)之一，只不過，鋰硫電池在連續(xù)充電后電解液迅速降解的問題很難解決。

除此之外，人們還嘗試使用固態(tài)物質(zhì)代替鋰電池里的電解液，這樣就沒有刺破短路的風險了。但固態(tài)物質(zhì)與陰陽兩極的接觸可沒法做到液態(tài)物質(zhì)那么緊密，電導率也難以提升。

在鋰電池之外，燃料電池也為電池的未來提供了一種新的可能性，比如氫能源汽車如今已經(jīng)在日本上市了，但這種電池能否用在手機上，還是個未知數(shù)。

在電池技術(shù)尚未突破的時候，我們還能用快充來解決部分焦慮，比如某廣告詞：“充電5分鐘，通話2小時?！蹦菚r，手機的快充功率只有20W，現(xiàn)在手機的充電器已經(jīng)高達100W了。

在現(xiàn)有的電池保護技術(shù)條件下，快速充電對鋰電池的損傷基本上可以忽略不計，甚至很多時候，手機電池還沒退役，你就已經(jīng)考慮在為新型號的手機剁手了！

當然，還有一種最為簡單、也最為環(huán)保的解決電量焦慮的方法，那就是放下你的手機，讓眼睛好好休息一下吧~