未来电池的走势分析对移动电源的影响

伴随着3G网络在全球商用进程的加快,3G用户数也出现了大幅增长。技术上的先进性,3G业务所具有的独特吸引力,促使用户越来越频繁地使用各种多媒体业务。短短十几年,手机从仅具有通话功能发展成了集多种功能于一体的便携设备。与此同时,手机电池也经历了复杂的发展变化。

在早期的模拟手机时代,电池几乎占据了手机机身的一半,重量上也达到整体2/3的比例。这种电池无疑影响了手机的便携性。在当时,移动电话的电池主要分为三种:镍镉电池、镍金属氢电池和锂离子电池。

镍镉电池是由两个极板组成的,一个采用镍制材料,另一个采用镉制材料,这两种金属在电池中能够发生可逆反应,因此电池可以重新充电。它的最大特点是结实、通话时间长。最早的“大哥大”采用的就是这种镍镉电池。

镍金属氢电池又叫环保电池,因为它不含有镉金属,不会污染环境。它的电量储备比镍镉电池多30%到50%以上,移动电话的通话时间也因此能够延长30%。

锂离子电池则是一种高能量密度的电池,它与同样大小的镍镉电池、镍金属氢电池相比,电量储备更大、重量也更轻。锂离子电池还是一种智能电池,它可以与专用的智能充电器“交谈”,达到最短的充电时间和最大的寿命周期及最大的容量。

随着手机性能的提升及小型轻量化的发展趋势,手机电池从早期的镍镉电池为主,逐步过度到以镍氢为主。随着锂电池成本的迅速下降,目前市场上的主流手机基本上都已采用锂离子电池。这一方面是因为锂电池的轻薄小巧,另一方面是因为锂电池的容量更大,输出功率密度更高,充电速度更快。

2003年,锂电池组的使用率达到90%(需求量约为6.5亿组),2004年增长到94%(需求量约为7.58亿组)。由于短期内并无强大的替代产品威胁,所以2~3年内锂电池仍可维持其在手机市场的优势,预计至2005年的使用率将增至98%。

二、 手机锂电池的技术演进

目前手机用锂电池主要以液体锂离子电池为主,近期手机锂离子电池的发展主要应是围绕两方面来进行:

一是传统的液体锂离子电池在正、负极材料、电解液方面的改进。手机功能的日趋多样化对电池性能提出了更高的要求,不断推出新型电极材料的电池将是今后一段时间锂离子电池厂商的竞争焦点。目前,日本三洋和索尼公司已利用Ni、Co、Mn 三组分材料生产出4.4V 的高容量电池;而正极活性材料

Li(NiCoMn)1/3O2 已由日本本庄公司商业化,这些材料的成本约为LiCoO2 的一半左右,因而,它们的应用将使锂电池特别是锂动力电池的价格降低一个档次。

二是聚合物锂离子电池在手机中的应用比例会逐步上升,并会逐步取代传统锂电池,但在3G启动之前,难以对传统锂离子电池构成威胁。

由于锂离子电池能量密度高,在过充电状态下,电池温度上升、能量过剩,电池内压急剧上升而发生自燃或爆炸的危险。液态锂电池通常用钢壳或铝壳进行包装,电池爆炸产生的威力相当巨大。

在传统液态锂离子电池基础上发展而来的聚合物锂电池(以下简称聚锂电池),正好能在性能上弥补传统锂电池的缺憾。首先,由于采用铝塑复合膜软包装,相对于硬壳包装的传统锂电池而言,不容易爆炸,具有更高的安全性。其次,聚锂电池更轻、更薄、 容量更大。第三,原则上聚锂电池可以设计成任意形状,为手机和其他移动设备设计提供了很好的条件。第四,由于聚锂电池电解质采用凝胶状或固状物质,不会泄漏,因而减少了污染。

目前聚合物锂离子电池在能量密度和充放电次数方面与传统液体锂电池基本一致,其优势主要体现在尺寸和形状的可任意性。因为聚锂电池难以在性能和价格上对普通锂电池造成有力冲击,目前聚锂电池只占据了12%~13% 左右的市场份额。但随着各厂商的不断加入,聚合物锂电池的价格持续下降,聚合物锂离子电池成为锂离子电池的主流只是个时间问题。

三、 未来手机电池新技术

随着手机体积的进一步压缩以及各类新功能对能源日益增长的要求,锂离子电池的容量已接近最大。如果在电池原材料上没有大的突破,锂电池容量继续提升则极其困难;而在容量达到现有临界状态的条件下,安全系数必然降低,可开发空间非常有限,新一代电池的开发势在必行。

目前业内一致看好的未来手机电池是一种在多年前就已有研究的燃料电池。使用这种燃料电池的手机通话时间可超过13小时,待机更可达1个月。很多世界知名的手机厂商都已加入研制燃料电池的行列中。 燃料电池就是通过正常燃料(氢或甲醇)中提取出的氢气与氧气发生反应,把化学能转化成电能,同时只排放出没有污染的水。同样重量的燃料电池提供的电量可达锂离子电池的10倍。据业界报告显示,面向汽车等大型能量消耗工具的燃料电池的推出估计还要等好几年,然而适合笔记本电脑、PDA和手机等产品燃料电池的推出并不遥远。

由于燃料电池技术日臻成熟,各大公司所做的是如何降低燃料电池的成本、推广燃料电池的应用。目前全球有多家公司正致力于开发可资利用的燃料电池技术,而至少三家公司已研制出了专为笔记本电脑使用的燃料电池。有分析人士指出第一代燃料电池将于今年年底面世。

IBM上周宣布,与三洋电子合作开发的燃料电池原型将应用于IBMThinkPad笔记本。

KDDI联手东芝、日立等开发手机燃料电池:以手机燃料电池的实用化为目标,KDDI将与东芝、日立制作所联手进行开发。据悉,共同开发的目标是在2005年之前推出样品,2007年投产。

其他公司,包括摩托罗拉、东芝、富士通、NEC和日立等也在对燃料电池进行研究,以便将来有一天把它应用在手机上。

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