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【行业资讯】电池技术革命的新方向 或许比想象的更简单

众所周知,对于如今的消费电子设备来说,“电池寿命”或者说续航水平早已成为一个饱受诟病,甚至已经让大家多少都有点感到麻木的话题。

一方面,手机、笔记本电脑,或是其他便携式消费电子产品(比如无线耳机、智能手表),早已成为大量用户生活中不可或缺的伙伴,这也意味着我们对于设备的性能也好、持续使用时间(电池寿命)也罢,需求都在不断提升。

但另一方面,看过我们三易生活此前相关内容的朋友可能还记得,对于如今的大多数消费电子产品来说,它们的问题其实在于“性能”与“能效比”这两个指标,在进步速度上的不匹配。也就是说,虽然手机、电脑的性能和能效其实都在普遍提升,但由于性能进步的速度远大于能效改善的速度,就导致了设备的功耗实际上还是在水涨船高,续航往往也普遍在缩短。

那么,要如何才能真正改善设备的电池性能呢?针对这个问题,最近几年各大厂商确实没少下工夫。各类定制的、超高能量密度的电芯已是屡见不鲜,甚至一些更有“追求”的品牌还开始从底层技术下手,自研了电解液材料、正负极金属配方、充放电的管理芯片等。

然而,如果我们告诉大家,在普遍进行高技术力、大投入的电池相关研发背后,这些厂商很可能普遍忽视了一些更基本的、也更简单的问题,大家会不会感到意外呢?

老实说,我们感到挺意外的。因为就在近日,一篇来自加拿大达尔豪斯大学的相关研究论文指出,整个行业长期以来普遍在电池上使用的、看似不起眼的绝缘胶带材料,很有可能才是这个问题的关键所在。

要解释这个问题,首先需要知道,迄今为止的可充电电池普遍都存在着一种名为“自放电”的现象。也就是当电池完全没在工作、正负极甚至没有接通时,其内部的电量都会不断减少,而且是明确可以探测到的、以“放电”的形式在减少。这与通常认为的,电解液自然变质之类的其他因素造成的容量衰退并不是一回事,而且程度要剧烈得多。

显然这并不正常,因为如果电池在放电,那就说明电路必然是接通的、电池里的电子在流动。但事实是,发生“自放电”的电池正负极根本是开路。难道电池不工作的时候,也能击穿空气、自己给自己通上电了不成?

为了搞清楚这个过程中到底发生了什么,研究人员先是将几组电池暴露在不同的环境温度中,然后在一段时间后“解剖”了这些电芯。

实验中观察到电池内部被染红的电解液

实验中观察到电池内部被染红的电解液

结果令人大吃一惊,处在较高温度环境下的电池中,内部的电解液发生了明显的染色情况。其中比较严重的一些电池电解液更是变成了鲜红色,而正常的电解液应该是无色透明的才对。

为什么电解液会染色?唯一的解释,就是在高温环境下电池内部的什么东西发生了分解,并侵入到电解液中、污染了它。在对变色的电解液进行化学分析后,研究人员很快就找到了问题的答案,那就是PET胶带。

如果你拆解过现代的一些电子设备可能会注意到,现在许多电池的电极都是通过焊接,或者纤细的插拔口与设备主板PCB进行连接。而为了让这些脆弱的触点和插口更加稳固、不容易因为冲击(比如设备的碰撞、跌落)发生脱落,许多厂商都会在触点外面覆盖一层PET胶带作为绝缘的固定措施。

那些黄色的、覆盖在电池外部和电池周边电路板上的东西,就是PET绝缘胶带

没错,看到绝缘这个词,相信大家都能理解,制造这种胶带的PET(化学名:聚对苯二甲酸乙二醇酯)材质,本身当然是不导电的。但问题就在于,最新的研究发现,当PET胶带受热时会分解出一种名为“氧化还原梭”的物质,而“梭”类物质则有一个很大的特征,那就是它们本身会运载电子。

于是乎,吊诡的事情就这么发生了。本该绝缘的胶带却分解出了能导电的产物,而这种与电子高度亲和的物质,则会直接通过电池的正负极侵入其内部、并污染电解液。

此时在电池的电解液内部,大量源自胶带分解产生的氧化还原梭,实际上就相当于构成了一条联通正负极的“内部回路”。它们会不断地在正负极之间运输电子,消耗电池内部的电力。而从外部看起来,电池就好像平白无故、在没有接通的情况下发生了“自放电”。

那么要如何解决这个问题呢?参与此次研究的助理教授迈克尔·梅茨格 (Michael Metzger)的表示,其实只需用“不会分解的稳定材料替代PET胶带就行,这对于行业而言只不过是一件小事,但它绝对会给电池带来改进”。

当然,他或许并不熟悉消费电子行业,所以这个建议其实还有一种实现方式。比如说,只要用别的方式(而不是胶带)来实现电池正负极的固定,自然也会有相同的效果。举个最简单的例子,以前那些可更换的、直接卡在“电池仓”里的电池,它们其实就是那么做的。


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