電池技術(shù)對(duì)于當(dāng)今人類社會(huì)的運(yùn)行已經(jīng)有了非常強(qiáng)大的支撐意義：不論是手機(jī)，還是普及率不斷上升的電動(dòng)汽車，電池都是核心部件。而因?yàn)殡姵乩m(xù)航不利，大家對(duì)于怎樣充電等話題的關(guān)注日漸升溫，各種充電技術(shù)相關(guān)的技術(shù)介紹更是層出不窮，尤其是快速充電，相關(guān)報(bào)道真是五花八門，靠譜的不靠譜的都有。

想要電池充電技術(shù)提升的心情可以理解，但是電池充電需要牽扯的因素實(shí)際上很多，合理充電，開發(fā)各種與充電相關(guān)的技術(shù)和業(yè)務(wù)同樣也很重要。筆者認(rèn)為，電池充電絕對(duì)不是一個(gè)簡(jiǎn)單的單點(diǎn)問題，其涉及到一條產(chǎn)業(yè)鏈，必須以工程師的角度審視，平衡好各方面的因素，才能夠使該技術(shù)不斷取得實(shí)質(zhì)的進(jìn)步。本文將重點(diǎn)科普與電池充電相關(guān)的那些事，重點(diǎn)將圍繞電池充電技術(shù)相關(guān)的五大因素進(jìn)行分析，意在說明不同因素之間是要互相平衡與妥協(xié)的，希望能給各位讀者啟發(fā)和收獲。 

首先說明本文的五大關(guān)鍵詞：成本，容量，時(shí)間，便攜，安全。

 電池充電大概涉及到哪些環(huán)節(jié)呢？以我們的手機(jī)充電為例，無非以下幾個(gè)核心部件：

可以把家用的交流市電，依靠電路元件轉(zhuǎn)化為5V1A/2A/其它制度的直流電輸送到電池中充電。大家可以注意到，近年來，快速充電技術(shù)興起，市場(chǎng)上已經(jīng)有了許多快速充電的流派，但是提煉一下，大功率充電P=UI，無非就是要靠大電流/高電壓來實(shí)現(xiàn)，所以不管你是18W還是50+W，也離不開這一條核心精神。所以不管是大電流派（5V4A）代表VOOC和大電壓派（9V2A）代表高通QUICK CHARGE，其技術(shù)都可以用這一條來解釋。

另外一條要特別注意的，就是充電頭隨著輸出功率的上升，越是支持大功率快充的體積就越大，成本也會(huì)上升，而所說近來市面上推出的一些新型快充產(chǎn)品，功率是很大，充電器那叫一個(gè)體積大（BULKY）。當(dāng)然我們期待著隨著半導(dǎo)體等技術(shù)的進(jìn)步，這些電子元件的體積能縮小，但是目前階段很多快充頭體積很大，確實(shí)是不爭(zhēng)的事實(shí)。

總結(jié)一下：充電頭體積（便攜）與充電速率（時(shí)間）、成本、安全之間，難以同時(shí)顧全，需要平衡妥協(xié)。

相對(duì)來說看起來沒有那么起眼的一個(gè)東西，但是充電線對(duì)于充電，尤其是以后要發(fā)展起來的快充的影響也不容低估?？紤]到焦耳定律等物理規(guī)律，大電流下電線的熱效應(yīng)以及壓降都會(huì)變大，這是一個(gè)實(shí)實(shí)在在的工程考慮因素，這也是導(dǎo)致許多企業(yè)優(yōu)先選擇高電壓技術(shù)（9V甚至更高）而不走大電流路線的原因之一——當(dāng)然了，9V的電壓是沒法給鋰電池直接充電的，容易BOOM——爆炸，所以到了手機(jī)端還要再經(jīng)一次直流轉(zhuǎn)換成電池可用的電壓，這也會(huì)再增加一部分體積（便攜）和成本。

另外一條：很多人都在說什么手機(jī)幾秒充滿電這樣的想法，其實(shí)這用我們初中物理知識(shí)一想也能知道不靠譜：一塊手機(jī)電池10+Wh的能量，如果幾秒鐘充滿，充電功率能達(dá)到幾個(gè)kW，這對(duì)于家用電功率來說是有些荒謬的，更不用計(jì)算這需要多粗的電線。

總結(jié)一下：隨著快充技術(shù)的發(fā)展，充電線要求能夠更好地應(yīng)對(duì)大功率電流（時(shí)間），成本會(huì)有上升，便攜方面會(huì)略有削弱（更粗的導(dǎo)線VS在電池端增加直流直流轉(zhuǎn)換元件），因此同樣幾個(gè)因素之間需要妥協(xié)平衡。

仍然是與快充有關(guān)，更為復(fù)雜、工作條件更為苛刻的快充制度，使得多種新的快充協(xié)議誕生，而為了處理這些協(xié)議，自然要開發(fā)手機(jī)IC和算法，支持相應(yīng)的充電電流能夠流入電池。這一環(huán)節(jié)實(shí)際上是非常重要的，因?yàn)樗请姵爻潆姷目刂品?，而新開發(fā)的高性能手機(jī)IC，必然也會(huì)遇到成本上升、體積需要縮?。ū銛y）等方面的挑戰(zhàn)，需要科研人員和工程師們協(xié)力克服。

附著推薦幾個(gè)回答：關(guān)于手機(jī)快充，重點(diǎn)推薦這個(gè)帖子：OPPO聲稱的VOOC低壓快速充電是什么原理？https://www.zhihu.com/question/23103960/answer/101057296，以及：電池快充的原理是什么？——瑪麗盧的回答。https://www.zhihu.com/question/23831848/answer/25850047。在其中對(duì)于電池充電、快充的機(jī)理做了比較詳細(xì)的說明，在此不多做展開介紹。

電池是筆者的老本行。電池相關(guān)文章已經(jīng)寫過很多，受制于篇幅，在這里只能說一下重點(diǎn)：

為了達(dá)成快充功率電池，減小內(nèi)阻，降低快充焦耳發(fā)熱量是一個(gè)核心問題，此時(shí)就需要進(jìn)行相應(yīng)的材料、結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化，主要有使用高電導(dǎo)的電極材料（碳包覆，改性提高鋰擴(kuò)散系數(shù)，減小粒徑縮短擴(kuò)散路徑）、使用更多的導(dǎo)電劑、涂布更薄的電極（讓傳質(zhì)擴(kuò)散距離變短）都是典型的功率快充型電池的設(shè)計(jì)思路。而這些路數(shù)常常不可避免的會(huì)與追求能量密度產(chǎn)生矛盾?？傮w來說功率密度好的電池能量密度一般不會(huì)太高，能做到兩者平衡兼顧的，都是大牛廠家和技術(shù)。所以在這里，能量密度（容量）與倍率性能（時(shí)間）有所矛盾。

能達(dá)到快充的功率型電池，相比于能量型電池更適合各種快充場(chǎng)合。而能量型電池頻繁使用快充，可能會(huì)影響其壽命、并降低其安全性，因此非常不建議無限制擴(kuò)展快充的使用范圍。即：能量密度（容量）與安全之間的矛盾。

但是快充型電池就沒安全問題了？考驗(yàn)其實(shí)更大，因?yàn)樗旧砭统３Ｔ诟吖β薁顟B(tài)下工作，面臨的大電流、極端環(huán)境（高低溫等）的問題更為麻煩。此時(shí)，想要控制好電池的倍率性能（時(shí)間），以及同時(shí)追求良好安全、甚至是體積相關(guān)的特性（便攜），并不容易（高功率工作的電池有時(shí)也需要配備更多的散熱輔助設(shè)備，可能體積會(huì)很大）。

當(dāng)然了，追求性能的上升，成本上升的傾向也很大，如何控制這個(gè)平衡，自然要靠技術(shù)人員。

大家不難看出，從以上的鏈條中，我們提煉了幾個(gè)因素：成本，容量，時(shí)間，便攜，安全。實(shí)際這五個(gè)因素概括有些過度，略失嚴(yán)謹(jǐn)，但是主要是為了把信息直接簡(jiǎn)單的傳達(dá)給讀者，其主要包括的內(nèi)容如下表所示。接下來，我們將對(duì)這五個(gè)因素之間的互相矛盾，需要平衡的關(guān)系進(jìn)行分析。

如果可以不惜一切代價(jià)，我們當(dāng)然可以在充電涉及的各個(gè)環(huán)節(jié)中都采用最先進(jìn)的技術(shù)，比如電池里用離子液體（參考微宏的“不燃燒”電池技術(shù)），充電頭用最先進(jìn)的電子電路設(shè)備，甚至大膽假設(shè)一下我們的電線也可以搞成超導(dǎo)的（當(dāng)然這個(gè)有點(diǎn)扯）——這樣的話，電池的綜合性能，充電的速度（時(shí)間）、便利性（便攜）自然可能都會(huì)有一定的提高。然而此情景的假設(shè)中構(gòu)思的技術(shù)雖然可能都是工程上優(yōu)化前進(jìn)的方向，在目前階段卻都太過昂貴，很難有實(shí)際的競(jìng)爭(zhēng)力，因?yàn)楫吘闺姵爻潆娛且粋€(gè)民用、充分競(jìng)爭(zhēng)的技術(shù)?？梢哉f，成本與其它四個(gè)因素之間都需要達(dá)成平衡妥協(xié)。

從容量/質(zhì)量能量密度來說，其與充電時(shí)間、安全性的矛盾最為突出。大容量的電池，如果還想追求高能量密度，使用的材料、電池結(jié)構(gòu)必然是偏向于能量密度型的，功率密度不可避免的會(huì)受到影響，兩者需要追求兩好的平衡。筆者在之前關(guān)于快充的系列文章中都已經(jīng)闡明觀點(diǎn)，在此不再贅述。

而大容量/高能量密度導(dǎo)致電池使用的活性物質(zhì)量提升、高電壓化等趨勢(shì)會(huì)不可避免的降低電池的安全性，所以以消費(fèi)電子產(chǎn)品為例：4.4V高電壓鈷酸鋰電池技術(shù)是機(jī)遇，同時(shí)也是挑戰(zhàn)，如何把高能量密度（容量）與安全性同時(shí)做好是電池界一個(gè)不變的難題。

即功率/倍率性能，其與質(zhì)量能量密度（容量）的矛盾已經(jīng)描述，在這里主要需要說的是其與體積能量密度（便攜）、以及安全性之間的關(guān)系。充電時(shí)間想要快，主要涉及兩大方面，一是電池本體的倍率性能要優(yōu)異，另一方面則是配套的電子配件等要能跟上要求，然而此時(shí)矛盾就出現(xiàn)了：1）電池倍率性能優(yōu)異（時(shí)間），能量密度方面必有削弱（容量），體積能量密度（便攜）也會(huì)略有影響，但這在幾個(gè)矛盾中可能還是相對(duì)比較好解決的一個(gè)；2）為快充配套電子配件在便攜程度上一定會(huì)有折扣，而且是充電功率越大轉(zhuǎn)換頭等的體積就越大，而最近面世的幾款充電功率極大的充電寶/手機(jī)（50W左右？）的充電器更是大到?jīng)]眼看，目前說要便攜使用極為困難……而電池想要快充，其與安全上也必然存在矛盾，而且是本征上的矛盾（畢竟電池不是電容），只能緩解而難以根除。

主要是體積相關(guān)的能量和功率密度。便攜要求把電池做的體積要小，此時(shí)電池生產(chǎn)工藝要求更為嚴(yán)格，對(duì)于電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)的控制精細(xì)程度要求也更高，安全性上自然有更大的挑戰(zhàn)。而且相關(guān)的配件還都要做的盡可能緊湊，這樣的問題在于，不可避免的會(huì)影響電池的散熱，進(jìn)而影響安全性。以我們近來影響很大的三星NOTE7爆炸為例，其實(shí)這就是一個(gè)工程集成上略顯激進(jìn)的結(jié)果。三星首先使用了高電壓電池，安全性上的挑戰(zhàn)本身就大了一些，然后一方面搭載了具備快充功能的大電池，導(dǎo)致在充電過程中會(huì)產(chǎn)生更多的熱；而另一方面又給手機(jī)配置了防水防塵和無線充電的功能，嚴(yán)重惡化了手機(jī)的散熱功能。兩面夾攻，也難怪Note7在充電過程中，電池失控的頻率有點(diǎn)太高了。雖然說大電池，快充，防水防塵，無線充電都是酷炫的功能，但是把這些功能都湊在一起，超過了系統(tǒng)能承受的極限，最后出現(xiàn)了這么大的問題。所以便攜與其它幾個(gè)因素，也是需要相互平衡的，這對(duì)于手機(jī)等消費(fèi)電子產(chǎn)品來說，尤為重要。

已經(jīng)在前面幾點(diǎn)中都說完了，再強(qiáng)調(diào)一下，安全無小事，工程設(shè)計(jì)一定要考慮好安全，否則一旦出事，滿盤皆輸。相關(guān)血淚教訓(xùn)比比皆是，無需贅述。同樣，過分非理性的追求快速充電，絕對(duì)不是什么好事，炒作這方面的新聞的人可能更多的只是為了賺眼球而已。

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