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高电压镍锰酸锂正极材料，在锂电池中，如何提高材料电导率
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划时代闪充技术诞生“万物无线快充”还会远么？原创2020-07-16 18:30·环球网来源：环球网1973年，全球第一部手机摩托罗拉DynaTAC 8000X亮相，重量接近1kg，一半都是电池，充电十小时，却只能通话半小时。今年6月，面向大众群体的5G手机OPPO Reno4 Pro发布，仅172g，却能“充电5分钟，刷剧4小时”。消费者体验颠覆背后，续航充电技术迅猛发展，居功至伟。除了早些年的电池变革外，实际上，对于充电速度提高的核心贡献，主要还是发生在近六年内：自2014年OPPO开启快充后，安卓系手机厂商持续发力快充，将2014年前的2.5W、5W的充电效率，逐步拉升到当下65W的充电速度。开篇所提的Reno4系列，就是这一速度的典型代表。从进化速度来看，这六年间，有线充电发展每年以10W左右的平均速度进化，发展至此，容易让人误解是否充电已逐步触及瓶颈，过了迅猛增长期。但这两天头部厂商动作正颠覆了这一认知：7月15日，OPPO 125W超级闪充亮相，有线充电速度跃升，与之一起走出实验室的，还有同样提速的65W AirVOOC和兼具便携的50W超闪饼干充电器、110W超闪mini充电器。此外，vivo、小米、realme也几乎在同一时间官宣旗下百瓦有线充电技术，并先后通过大佬微博方式暗示即将在不久后商用，争抢充电“新速度”的大战已一触即发。这一“新速度”到底有多快呢？以发力场景非常全面的OPPO为例：125W超级闪充，5分钟可将等效4000mAh电池能量的手机充至41%，20分钟充满，同时保证机身温度始终不超过40度；65W AirVOOC，在充电效率上与此前商用的超快65W有线充电速度不相伯仲，5分钟可将等效 4000mAh 电池能量充至 25%，30分钟充满：并且百瓦速度还不只限于OPPO自有私有协议，此次OPPO 125W充电头可兼容主流第三方协议，即便是110W mini闪充也可以提供110W PPS、65W PD的兼容。虽然场景布局不及OPPO，但vivo、小米官宣了其百瓦有线充电效果至少在充电时间上不弱于OPPO。这也就是说，百瓦快充已经有望成为手机行业充电“新常态”，这也让2020年成为手机快充发展史上一个特殊的存在：以“飞跃”来说也不过分。为何手机厂商们突然不谋而合，在充电提速上如此激进？5G高耗电，再破需求天花板早有研究表明，5G终端耗电飙升。首先，5G通信本身所要求的Massive MIMO技术，会增加天线、功率放大器数量，这直接增加功耗，在5G发展初期，当基站网络覆盖不足时，频繁搜索信号会进一步加剧这一问题。小米中国区总裁卢伟冰也曾在微博中提到，如果5G旗舰手机5G网络全开，功耗将会高于4G手机约20%。不止如此，为了发挥5G高带宽低延时的特性，手机在芯片、屏幕等硬件方面也需要做相应升级，这一进步提升了功耗。以屏幕为例，据CSDN数据，当屏幕以2560X1440（577ppi）的分辨率运行时屏幕功耗为10.247W，相比1280X720（144ppi）分辨率功耗高出87.3%。正是基于这种考虑，手机厂商们纷纷在5G旗舰手机上升级充电速度。如小米10 Pro、华为Mate X上分别支持了50W、55W有线快充；耗电量更高的5G电竞手机黑鲨3不惜成本搭载65W快充。而对于充电技术积累更深的OPPO，则将65W SuperVOOC全面铺开，在Ace系列、Find X2、Reno4系列上全线标配，使65W走入民间。65W对于当下5G手机确实够用。但放眼5G未来却还远远不够，因为目前5G应用发展还处于初期，5G应用生态仍待破茧而出，当AR、VR、云游戏等高功耗应用真正跑起来时，手机软硬件才开始长时间、满负荷运转，这时耗电量将激增。但这才是5G成熟后的消费者手机使用的常态。5G万物互融场景也必须纳入考量。除了通讯外，手机连接的可穿戴设备、日常消费电子设备数量都将增多，光手机保持蓝牙开启状态一项，就需要消耗更多电量，同时很多应用还需要频繁调用GPS支持。据研究显示，仅来自于GPS芯片的计算工作和加速剂陀螺仪等的支持工作功耗也在50mW左右。回望历史，快充迅猛发展正始于4G，这并非巧合，通信换代赋能手机应用的同时，也让手机耗能痛点更加明显，解决痛点是快充的生命之源。而这次5G新场景、新痛点来临，也将为快充的第二次生命。速度陡增下，难度陡增从今天OPPO闪充发布会上实测来看，125W超级闪充效率之高再次颠覆认知。但实际上，充电速度的增加并非表面上那么简单，一方面是技术方案本身如何达到更高速率，另一方面是，以走出实验室为标准，速度背后还有多个紧箍咒，安全、温度控制都必不可少。从技术方案来看，无论是目前的高电压方案，还是高电流方案，都已经达到目前电池可承受能力的上限。想提升速率，必须对电池和方案本身再做思考。从已发布的OPPO、vivo百瓦充电方案来看，6C电池的引入解决了第一个问题。相较于此前的3C电池，6C电池本身可承受最大电流翻番，这一如当时OPPO首次将GaN商用一样，采用关键元件，打破门槛成为了速率提升的“敲门砖”。但电池引入并不能解决所有问题，快充是一个从充电头、充电线、手机端的整体系统问题，归根结底还是看各家具体设计思路。以OPPO为例，延续此前直充串联双电芯方案，再做创新，在双6C电池基础上采用多极耳技术，让极耳几乎无处不在，电荷的运动路径成倍的缩短，进一步降低电芯阻抗；与此同时，为达成最高效率，采用转换效率高达98%的并联三电荷泵方案，将适配器输出的20V 6.25A功率降压转换成10V 12.5A进入电池。OPPO这一方案的好处还在于，每个电荷泵只需要转换大约42W左右的功率，有效避免了大电流造成的电荷泵过载、过热的情况。说到发热，这一从技术原理就难以回避的充电大难题，在功率上升到百瓦以上，更加凸显出来，这也是消费者使用感受的关键考量。如果温度超过40度，消费者会在充电中明显感觉到烫手，这样体验就无从谈起。在发布会上OPPO首席闪充科学家张加亮提到，如果在实验室环境中适当放开温控，OPPO闪充技术可以实现最快13分钟充满，但OPPO严控温度，在原有的4颗温度传感器基础上又新增了10颗温度传感器，随时双向通讯调节电压电流以控制发热，最终在全程不超40度的温控，依旧做到了20分钟完全充满。实际上，OPPO独特的直充双电芯底层方案，也为其提升AirVOOC速度建立了大前提。这次OPPO就采用了将40W线圈和25W线圈并联的方式达成了从40W无线充电向65W无线充电的跃升，使得无线达成了媲美有线的速度，而且手机温度不到40度。无线上的提速，实际上破解了无线充电“慢”的原罪，实际上达成了消费者更多场景下碎片化时间的利用，比如开车时、机场候机时，让充电面向未来再走一步。发布会上张加亮甚至透露了OPPO还有单线圈无线方案，并不排除未来将220V交流电直接转换成磁能以达成更高无线充电速率。因时而变，充电没有天花板充电，作为与移动设备与生俱来的问题，是消费者体验的刚需。它不消失也不存在天花板，只有暂时的满足，与科技发展程度密切相关。比如在快充出现之前，消费者虽然深感充电时长之痛苦，却习惯于随身携带充电宝。直到OPPO R7“充电5分钟，通话2小时”改变了人们对于充电的认知。当然这也要得益于厂商敢于独立思考，抢先打破思维上的天花板。这在当时，就像OPPO敢于打破高通、联发科所垄断的共通性高压低电流方案，开创低压高电流解决方案。再比如当行业普遍基于单电芯快充思考遭遇又一次天花板时，消费者似乎也习惯于停留于30W以下的充电速度，但当OPPO敢于打破惯性率先采用双电芯方案，将充电速率翻番时，消费者习惯又再次改变。来自Ace用户数据显示，相较于以往的晚上充电，碎片化充电已经成为新习惯，这种用了就回不去诞生了新需求。如今面对5G未来更大的变化，充电科技再次先行，让技术驱动需求更加明显。速度之外，兼容、超小充电头方向的努力也是其一。可以预见的是，未来随着5G万物互融的展开，每个消费者身边的电子产物都将指数增长。那时，不止是电量有焦虑，倘若还以现在每个电器一个原装充电头，那纷繁复杂的充电头管理也将成为新痛点。像OPPO 50W超闪饼干充电器、110W超闪mini充电器这样可以同时为其它电器提供高速率充电的便携设备，无疑将让“一头充所有”、“一头走天下”成为新习惯。充电虽然是个老议题，但只要消费者需要手机一天，这一技术都将获得持续生命力。对于手机厂商来说，让“消费者充电更轻松”这一使命，值得长期思考。5G时代是技术驱动需求的时代，5G更高速率，更大数据量的交互，以及面向5G的更多基础技术的长足进步，将为更多新技术，新体验的诞生带来更为巨大的想象空间，原本4G时代似乎已经到顶的创新能力，将在5G时代的环境之下再次突破，焕发新的生机。掼蛋纸牌游戏的规则玩家们各显神通，但又毫无办法。