从第一块商业化的锂电问世以来，已经经过了大约 28 年的时间。这段时间里，其能量密度的年均增长率也就是 4%左右，跑不赢摩尔定律，甚至跑不赢 CPI 。显然在手机性能不断提升的今天，这难以真正改善手机的续航缺陷。
第一，锂离子电池的研发获得诺贝尔奖，站在应用角度来看，是不是实至名归？
第二，手机一天一充的现状，是不是电池能量密度不够造成的，又是不是提高电池能量密度所能解决的？
首先回答第一个问题，锂离子电池获奖，绝对是实至名归。
事实上，锂离子电池的出现，为今天一切便携式电子产品的智能化提供了基础，实现了从无到有的飞跃。如果没有锂离子电池，今天手机的充电频率将是一天至少两三次，而不是一天一次的水平。这个问题，我相信，不会有太大的争议。只不过，从无到有是科学问题，而从有到好，则是技术问题，是社会问题，否则世界上还是有疟疾患者，屠呦呦女士怎么能得诺贝尔奖呢？这是一样的道理。
接下来重点说说是第二个问题。依我看来，就目前来说，最制约手机续航时间的，从来就不是电池能量密度，而是用户对于手机性能不断提高的需求，以及由此带来的功耗增加。
今天，大家对于电池一天一充的问题感到十分不适，然而我想说，出现这种情况，是手机的功能定位发生剧变，以及市场选择，这两者的共同作用结果。
在以前，手机充满一次电，管个几天没有太大的问题。为什么到今天，电池反而显得越发不经用了？是因为锂离子电池技术上没有进步吗？可以说，是，又不是。
要说电池能量密度有没有进步，一定是有的，而且一直在进步。我们知道，电池能量密度，等于单位体积或者质量内能够存储的能量。对于手机而言，我们更关心体积而不是重量，所以在这里我们只来讨论体积能量密度。
锂离子的结构，和镍氢电池是类似的，它们都普遍采取了卷绕或者叠片的方式制造电池。如果只看方形叠片电池，从Z轴方向看，电池的构造一般是:
外壳 - 铝箔 - (正极涂层 - 电解质 - 负极涂层 - 铜箔 - 负极涂层 - 电解质 - 正极涂层 - 铝箔)n - 正极涂层 - 电解质 - 负极涂层 - 铜箔 - 外壳
其中括号内是重复单元，各个部分紧密相连。其中，只有正极涂层和负极涂层中的活性物质存储了电能，集流体和电解质只是为了提供离子和电子的定向运动通道而存在的。而正极涂层和负极涂层中，除了活性物质，又包括导电炭黑和粘结剂，这些东西保证了涂层能够具有一定强度，并且在立体方向上实现了更均匀的电子传输，不加是不行的。
实际上，电池企业一直都在致力于提高电池的能量密度。经过二十多年的努力，手机电池的电解质厚度已经从第一代聚乙烯碳酸酯复合物的约 25um ，下降到今天凝胶状聚合物的不到 10um (不确定，受限于本人阅历，其实没见过真正的商用聚合物电解质)，集流体从早期的 20um 左右下降到今天的 8um 铜箔，而正负极的厚度，受限于极化不能再提高，目前正负极都是单侧 40um 左右，面密度有20和9mg /cm2吧。仅考虑上面这些，每个重复单元的活性物质总量没变，一个重复单元厚度就是从 260um 下降到了 200um ，一定厚度的电池里的活性物质质量，还有相对应的容量，自然就提高了。再考虑导电炭黑和粘结剂的总用量已经从最初的相对于活性物质约 10% 下降到如今的不到 5% ，哪怕不改变材料体系，电池的能量密度也提高了接近40%。甚至，连最难提高的材料自身比容量和电池电压，随着硅碳负极，三元正极的应用，以及材料的表面改性，也得到了一定提高。目前水平下，电池的体积能量密度相比于20世纪末的钴酸锂-聚烯烃/碳酸酯-石墨体系，提高了50%是一定有的。
而提高50%的能量密度，够用吗？我在这里做一个对比。2009年，我用的是诺基亚6085翻盖手机，它的屏幕是1.8英寸，分辨率也不高，大概128乘160的样子。2019年，我用的是苹果7，这个大家都知道，4.7英寸高清屏。屏幕大了5倍多，电池的容量却只大了一倍。仅看这一项，我的苹果7手机，屏幕使用时间只有我诺基亚的1/3，这一点都不奇怪。更何况那个年代，诺基亚6085作为一款非触屏手机，它的主要功能，也注定还是发短信，打电话，偶尔听一下歌。
而苹果的经典作品4代，在2010年已经上市。我的诺基亚续航比苹果4好多了，更不用提今天的苹果7。可是即便是那时候的我，也马上换掉了我续航强悍的诺基亚。到今天，如果说真想追求续航，也不是不行，只是性能和使用体验必须要大打折扣了。随着手机的功能，从单纯打电话发短信，发展出听歌拍照看电影，甚至玩儿大型游戏，人们对于手机性能提高的要求，就远远超过了对续航能力的要求。如此一来，手机里给电池的空间，不好意思，也只能一砍再砍了。
这就是一开始我说的，不是电池不行，而是市场选择了牺牲一部分续航，换取性能的提升。就算手机电池的能量密度除以手机功耗，相比于今天提升了一百倍，大家猜猜手机厂家是否会为了提高性能，要求电池也做小百倍，继续让大家一天充电一次呢？别说一天充一次，到今天，苹果11的广告里，能让你从早玩到晚，都已经成了值得宣传的事情。如果是满负荷用的话，很多手机一天一充还不够呢。可不管怎么说，到今天，充电也已经比十年前，方便了太多。哪怕整天玩，能用上一个白天，晚上充充电，也就好了。
因此，在智能手机这个阶段，锂离子电池无论怎么发展，能够发展到什么地步，都不能仅通过提高电池性能来提高智能手机的续航能力。这是因为市场告诉我们，截至目前，续航能力不是用户最关心的，续航不是制约智能手机发展的最大瓶颈。续航不足的问题，相比于手机性能的进一步提升，永远都不是最重要的。那么什么时候，手机的续航时间，才能够再次普遍得到提升呢？
如果乐观一点看待，有一天，手机的能量供应系统出现革命性的变化，手机无需连接电网去充电。开个脑洞吧，尽管如今看不到希望，可未来会不会有一天，一方面移动设备功耗大幅下降，另一方面光电池也得到飞速发展直至普及。这样一来手机只要晒一晒太阳，或者甚至开着灯就能给自己充电，充电器一般情况下能彻底淘汰。这时，续航问题，就不存在了。
又或者，芯片的计算和存储能力，开始出现了溢出，进一步提升，也无助于改善用户体验。这时，才会有厂家开始能够为了续航，去增大电池的空间占比，至少是不再缩减。随着手机的电池容量与功耗的比值提高，续航问题自然也就得到了改善。
展望一下吧。手机芯片和存储器我不懂，但是锂电咱终归懂一点。大家总还是很关心，这个锂电的能量密度究竟还能提升多少呢？
就目前我的知识面来看，如果硅负极(比容量约 2000 mAh/g，以充电态计算。学术文章往往为了数据好看用初始的纯硅为基准质量，从而得到比金属锂更高的比容量，这样显然是荒谬的)加富锂锰基能用，电池平均电压会略微下降，但正负极比容量相对于目前的可分别再提高大约一倍和七倍，如此一来电池的能量密度再提高一倍多是没有问题的。从长远来看，如果是锂电发展的终极目标，锂金属-固体电解质-空气电池，这样一来正极不占用空间，那么能量密度将会达到如今的数倍。这个数倍具体是多少倍，取决于电解质和催化剂需要用多少。当然了，现在我们实际上还没有攻克我说的第一步，即便是能量密度想再提高一倍，都是任重而道远的
原因的一方面在于，正负极材料的容量提升潜力是受限的。比如钴酸锂中的锂离子只能部分脱出，否则就会有层状结构坍塌的问题。可以说，让充电截止电压提升 0.05V，都不是件轻松的事。其它比如三元材料、NCA 的结构与钴酸锂相似，容量也不可能有革命性的变化，最大的意义还是在于资源节约。负极现在主要使用石墨，新一代硅碳负极的开发得一步步来。硅的充放电体积变化幅度非常明显，看某些新闻报道好像很容易解决，实际上需要做的还很多。而且除了容量以外，循环寿命（能用几年）、倍率性能（快充）也要考虑——可这些性能指标却往往与材料的容量存在冲突，必须综合权衡。
另一方面，电池里有些组件，比如外壳、集流体、隔膜、电解质等，本身不提供容量，需要通过合理的设计精简其重量和体积，但那也不是无限的。这就进一步加大了总体能量密度提高的难度。
总之吧，诺奖是对开拓者们的肯定，但锂电池的发展还在漫漫长路上。任何一个先进工业产品的进步都需要艰苦奋斗，这是亘古不变的道理。