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为什么锂电池技术都获得诺贝尔奖了,还解决不了手机一天一充的现状?

rawpixel / CC0

知之为知之,天坑居士

从第一块商业化的锂电问世以来,已经经过了大约 28 年的时间。这段时间里,其能量密度的年均增长率也就是 4%左右,跑不赢摩尔定律,甚至跑不赢 CPI 。显然在手机性能不断提升的今天,这难以真正改善手机的续航缺陷。

原因的一方面在于,正负极材料的容量提升潜力是受限的。比如钴酸锂中的锂离子只能部分脱出,否则就会有层状结构坍塌的问题。可以说,让充电截止电压提升 0.05V,都不是件轻松的事。其它比如三元材料、NCA 的结构与钴酸锂相似,容量也不可能有革命性的变化,最大的意义还是在于资源节约。负极现在主要使用石墨,新一代硅碳负极的开发得一步步来。硅的充放电体积变化幅度非常明显,看某些新闻报道好像很容易解决,实际上需要做的还很多。而且除了容量以外,循环寿命(能用几年)、倍率性能(快充)也要考虑——可这些性能指标却往往与材料的容量存在冲突,必须综合权衡。

另一方面,电池里有些组件,比如外壳、集流体、隔膜、电解质等,本身不提供容量,需要通过合理的设计精简其重量和体积,但那也不是无限的。这就进一步加大了总体能量密度提高的难度。

总之吧,诺奖是对开拓者们的肯定,但锂电池的发展还在漫漫长路上。任何一个先进工业产品的进步都需要艰苦奋斗,这是亘古不变的道理。