摘要：通过对手机电池发展过程的分析，探究手机电池一直以来的发展趋势，并在当前手机电池技术的基础上，提出未来手机电池的发展方向。
关键词：手机电池；发展过程；发展趋势
1 引言
手机电池是为手机运行提供电力的储能工具，主要包括电芯、保护电路和外壳。常用的手机电池一般是锂电池和镍氢电池，手机电池的容量是以毫安时（mAh）计算的。近年来，随着科学技术的发展，手机行业发展迅速，手机型号更新换代非常快，功能也逐渐丰富，从早前只能单一的打电话和发短信，到现在的智能手机，可以聊视频、语音等，表明手机已不简单被认为是通讯工具，而且人们日常生产生活中对手机的依赖性越来越大。对于现在的智能手机来说，电池续航耐力不足是常见的问题之一，而且是尚未得到完美解决的问题。随着手机生产技术的提高和消费者需求的提升，对手机电池的要求也越来越高，特别是这两年手游飞速发展的背景下，对手机电池的续航能力要求越来越高，但实际上手机电池研发的进步速度却跟不上手机的发展，面临着非常严峻的形势。
2手机电池的发展过程
2.1镍镉电池
镍镉电池是第一代手机电池，最早出现的手机使用的都是镍镉电池。每节镍镉电池都是由两个极板组成，一个是用镍做的，另一个是镉做的，这两种金属在电池中发生可逆反应，因此电池可以重新充电。镍镉电池的优点是结实，而且通话时间长，缺点是容量较低，有记忆效应，需要经常放电来维持容量，而且镍镉电池首次充电有特殊的充电方法。另外镍镉电池的制造材料存在较大的环境污染（主要是镉金属会污染环境），到目前为止这种电池已基本淘汰。
2.2镍氢电池
手机电池发展到第二代，变成了镍氢电池，其容量比镍镉电池多30％-50％以上，这使得手机的通话时间也因此延长了30％-50％，而且镍氢电池也比镍镉电池要轻。因为镍氢电池不含镉金属，是以储氢合金作为负极材料，所以它的制造材料对环境污染很少，人们习惯称其为环保电池。镍氢电池得优点是待机时间长，记忆效应不明显，所以使用广泛。但镍氢电池也存在自放电的情况，正常室温下，镍氢电池的电量流失率为每天1％-3％，一个充满电的镍氢电池放置几个星期后，使用前应对其再充电。另外，使用镍氢电池时，应尽量在电量用完后再进行充电，这样可以延长电池的使用寿命。
2.3锂离子电池
锂离子电池是近年来广泛使用的第三代电池，是使用锂合金金属氧化物作为正极材料，石墨作为负极材料，使用非电解质的电池。锂离子电池相比镍氢电池的重量轻、能量大、无自放电，其优点是：无记忆效应，无需放电，使用时间长；工作电压高，通常单体锂离子电池的电压为3.6V，镍氢，镍镉电池的电压为1.2V，相差3倍；体积小、重量轻、比能量高，锂离子电池的比能量可达镍镉电池的2倍以上，与同容量镍氢电池相比，体积可减少30%，重量可降低50%；寿命长，优质锂离子电池的寿命可达1000次以上，远远高于其他各类电池；安全快速充电，锂离子电池因采用特殊的技术处理，因此允许在3小时内快速充足电，而且安全性能大大提高；允许工作温度范围宽，锂离子电池可在-20℃到60℃之间工作，高温放电性能优于其它各类电池。另外，锂离子电池是一种智能电池，需要使用专用的智能充电器充电，这样才可以达到最短充电时间、最长寿命周期和最大的容量。
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2.4聚合物锂电池
聚合物锂离子电池其实就是锂离子电池系列产品中的一种，在部件、工作原理和使用液体电解质方面与锂离子电池一样，但是隔膜和包装材料不一样。聚合物锂离子电池具有能量密度更高、小型化、薄型化、轻量化、安全性更高、循环寿命更长、成本更低等优点。
3手机电池的发展趋势
总结从镍镉电池到锂离子电池和聚合物锂离子电池，手机电池的总体发展方向是朝向更加环保、安全、续航能力更强的方向发展。从2005年以来，手机电池的能量密度出现了飞速增长，特别是随着手机电池类型的变动时，电池的能量密度都会出现一个飞跃式增长。但到了2014年左右，手机电池技术的进步提升了工作电压，比容量（wh/g）达到了目前手机电池能够达到的顶峰，而未来手机电池性能的提升，一方面依靠的是电池容量的增加，另一方面则是新型电池的研发。
3.1提升电池容量
因为手机的智能化水平逐渐提升，所以使用时需求的电量也越来越多，这就表明手机电池的发展趋势之一是提升电池容量，使电池拥有更长的待机时间和更好的续航能力。对于电池容量的提升，首先是提升密度，也就是提升电池中钴酸锂的密度，使电池使用时放电电子增加，从而增大库伦数/mAh，这是解决电池容量不足的方法之一。随着科学技术水平的提升，钴酸锂离子电池的正极密度越来越大，已达到一个所用材料当前结构的极限值，因此研究人员正在考虑使用纳米网状层结构来改变钴酸锂离子电池的正极的重新分配，从而加强正极空间的合理应用水平。有实验表明，这种技术可以使电池容量成倍增加，但该技术还在试验阶段，且耗费的成本较多，安全性较低。
其次是提升工作电压，手机电池的工作电压是由正极材料、电解质材料的种类决定的，在等式上说：容量是电池毫安量与工作电压的乘积，容量与工作电压之间成正比关系，因此如果工作电压能够提高，那么电池容量也随之升高。但目前来说，手机电池的电解质耐压4.5V，所以充电时的电压不能超过这个数字，因此工作电压相对来说很难提升。从手机电池出现到现在，电解质耐压从4.2V发展到现在的4.5V，基本上没有太大的增加，所以虽然提升工作电压是一种提升电池容量的有效方法，但目前还停留在理论阶段。
再次是异性电池，目前设计的智能手机采用的都是弧形设计，但内部电池应用的多是矩形设计，无法有效应用手机背部弧形的空间，而梯形电池、柔性电池、线缆电池等则能够更好地利用手机上弧形的空间，因此提升电池容量的途径之一是研发异形电池，提高对手机电池空间的利用率。
最后是全新材质电池，就是在锂电池基础上，选择其他的负极材料，比如硫或者氧，据说这种电池在能量密度上比钴酸锂系列的电池高数十倍，但这种观念也同样是在实验阶段，因为成本较高，技术尚不成熟，安全性低。
3.2新型电池
一是燃料电池手机，微型燃料电池有高容量、轻便、环保等优点，逐渐成为手机电池技术新的发展方向。相比锂离子电池，燃料电池不需要充电，只需要添加燃料。以甲醇燃料电池为例，其容量相比锂离子电池要高10倍，手机待机时间非常长，而且用户只需要在没电时往手机内注入特制的甲醇燃料，即可继续使用。另外，小型燃料电池也非常环保，因为所用燃料都是可持续利用的有机资源，比如甲醇，消耗过程主要产生水和二氧化碳，无污染。
二是超级电容器手机，超级电容是容量达到法拉级的电容器，寿命很长，过充无危险，具有大能量体积比等特点，也是一种绿色能源。该种电容器可使用大电流充电，可作为独立的电源使用。
三是太阳能电池，这也是手机电池的新兴发展方向，目前已有部分手机使用，相比电能，太阳能电池具有清洁、无污染、可再生、经济适用等优点，而且可解决户外无法充电的问题，但缺点是常年阴雨天气的地区不适用，比如四川等地，因为太阳能电池是靠太阳照射充电，需要能时常接触到太阳光照。
4结语
手机电池的续航能力和耐用问题一直是手机厂家探讨的重点，根据目前手机的发展形势，未来手机电池会朝向小体积、大容量、高续航以及无污染等方面发展。
参考文献：
[1]张瑾.手机电池的发展过程与趋势[J].科技风,2015,(23):45.
论文作者:李彬
论文发表刊物:《科技新时代》2018年6期
论文发表时间:2018/8/14
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