2020我國5G手機電池快充無線充電產業市場應用場景研究行業報告（26頁）.docx

1、2020年深度行業分析研究報告目錄1、手機電池發展遇瓶頸，5G時代亟需“能量支持”.41.1手機續航升級并非一路順利.41.25G將會對手機將會對手機的續航提出新的要求.41.3手機電量增加遭遇瓶頸.52、解決手機續航方法之一：快充.82.1增強功率實現快速充電.82.2PD協議脫穎而出，加速快充推廣.112.3氮化鎵，小型快充電源適配器的關鍵.133、解決手機續航方法之二：無線充電.153.1目前存在三種無線充電方式，電磁感應成手機領域的主角.153.2萬物互聯拓寬應用場景，無線充電市場空間廣闊.173.3無線充電技術日趨成熟，滲透率有望快速提升.183.4剖析無線充電產業鏈，挖掘無線充電產

2、業機會.194、5G時代，熱管理迎來需求爆發期.214.1熱管理需求即將迎來爆發.214.2看5G時代熱管理方案變化.224.3梳理熱管理產相關.25插圖目錄圖1：手機續航時間.4圖2：鋰電池工作示意圖.6圖3：歷代小米和三星GalaxyNote系列手機電池容量對比.7圖4：鋰電池充電過程示意圖.8圖5：QC3.0快充.10圖6：高通QC快充技術的進步路線.10圖7:OPPOSuperVOOC2.0超級閃充.11圖8：30WVOOC閃充4.0.11圖9：主流快充協議差別.12圖10：2000-2018年固定電話及移動電話普及率發展情況.12圖11：USB-PD含有的快充協議.13圖12：OPP

3、O65WSuperVOOC氮化鎵充電器.14圖13:硅、碳化硅、氮化鎵的導通電阻.14圖14：superVOOC2.0充電效率.14圖15：某品牌氮化鎵30W充電頭和蘋果官方充電頭體積對比.15圖16：電磁感應無線充電.16圖17：磁場共振無線充電.16圖18：磁共振無線充電.16圖19：iPhone無線充電.17圖20：無線充電的部分應用場景.18圖21：手機無線充電功率不斷提升（以三星為例，單位：W）.19圖22：無線充電產業鏈環節.20圖23：無線充電產業鏈成本結構.202圖24：MTTF隨測量溫度升高而下降.21圖25：導熱界面材料示意圖.22圖26：智能手機超薄熱管示意圖.23圖27

4、：智能手機超薄VC示意圖.23圖28：華為SuperCool石墨烯液冷散熱.23圖29：OPPOReno3PRO的立體也冷散熱功能圖.25表格目錄表1：iphone小屏手機的尺寸與重量.7表2：iphone大屏手機的尺寸與重量.7表3：三種無線充電方式的對比.16表4：無線充電相比有線充電具備三重優勢.18表5：石墨相比鋁、銅導熱性能優勢明顯.22表6：部分5G手機散熱方式.24表7：重點公司盈利預測（截至2019/2/4）.2731、手機電池發展遇瓶頸，5G時代亟需“能量支持”1.1手機續航升級并非一路順利每一代手機升級并不一定能提升續航能力。智能手機的發展是伴隨著信息技術的進步一起出現的。

5、從過去的1G時代到目前的5G時代，智能手機的進步不僅體現在網速與通話清晰度的提升上，還體現在其他方面，例如，更大更清晰的屏幕讓電影與電視劇愛好者可以無時無刻享受到影視的樂趣；更快更強的手機處理器讓游戲愛好者隨時隨地沉浸在游戲的愉悅中。智能手機在逐漸成為人們生產生活的工具，人們對于手機的要求與期待也隨之增高，其中一個要求就是手機的續航時間。對此，手機廠商也一直不斷地努力，但是，并不是每一代手機的升級就能提升手機的續航時間。根據WashingtonPostGadgetLab的數據顯示（灰色機型代表2017年發布，藍色則代表2018年發布），2018年多個機型續航能力并沒有超過2017年的。例如，2

6、018年蘋果發布的iphonexs在續航時間就少于2017年發布iPhone8系列；Google在2018年發布Pixel3的續航時間同樣也少于2017年自家發布Pixel2系列。目前各大手機品牌的手機續航時間都能維持8小時以上，足以應對手機輕中度使用。圖1：手機續航時間資料來源：WashingtonPostGadgetLab，研究所1.25G將會對手機將會對手機的續航提出新的要求首先，5G手機將會采用MassiveMIMO的技術以增強手機對信號的接收。目前，大部分4的5G手機采用的是4*4MIMO技術，每一根天線下方都接上相應的功率放大器以強化信號。隨著技術不斷進步，手機內部所含有的5G天線

7、將會達到8根。屆時，手機用于信號接收的耗能將會再上一個臺階。第二，4G時代的移動網絡速率是100Mps,5G時代的網絡速率是1Gbps，5G的網絡速率是4G時代的10倍。這意味著，手機內部的基帶芯片以及應用處理器要在同一時間處理過去10倍的數據。處理器的功耗隨著數據量的提升也會一起增加。第三，5G網絡基站在2020年將會開始大規模建設。但是，我國幅員遼闊，5G網絡短時間內難以實現全面覆蓋，在全國大多數地方，5G網絡覆蓋率還是處于較低的情況。5G手機由于首選網絡是5G網絡，因此，在5G網絡覆蓋率較低的情況下，5G手機將會頻繁啟動信號搜索功能，增加了手機的耗能。第四，2019年，高通雖然發布了SO

8、C版的5G芯片765和765G,但是在高端的應用處理上，高通依然采用外掛基帶芯片X55的方案?；鶐鈷旆蛛x，相關的電路與電源芯片也要增加，手機內部功耗增加。第五，萬物互聯，手機連接海量設備。手機的普及與功能的進步促使手機周邊配件出現共振。以Airpods為代表的TWS耳機由于其獨特的外觀以及非常方便的使用方式，銷售情況相當火熱。根據StrategyAnalytics，2019年蘋果AirPods銷量近6000萬。作為一個類別，TWS耳機銷量在2019年增長200%。2020年有望保持強勁的銷售情況。除了TWS耳機，還有具備輔助消費者監控身體情況的智慧手表與智慧手環也出現銷售火熱的情況。根據Ca

9、nalys數據顯示，2019年第三季度，全球智能手環出貨量達到4550萬件，同比大幅增長65%。其中大中華地區同比增速達到60%，市場份額占比全球的40.2%。在信息化時代，隨著消費者對信息消費需求及要求的增加，將會有更多的智能設備伴隨著人們的生產與生活。萬物互聯，將會以手機作為中心點展開。手機作為信息數據的連接體與匯聚體，將會產生更多的能耗。1.3手機電量增加遭遇瓶頸智能手機內置的鋰電池是由正極材料、電解質、隔離膜和負極材料構成。想要增加手機的續航能力，目前主要有兩種方法，一種方法是增加電池的能量密度，另一種方法是增大電池容量。5圖2：鋰電池工作示意圖資料來源：汽車人參考，研究所發展能量密度

10、困難，進展緩慢。能量密度幾乎是所有電池在設計時必須考慮的首要問題。當設計的能量密度提高時，電芯則必須選擇而更薄的隔膜、材料也需要使用在極限壓實和面密度下。一方面，極限設計會讓電芯的吸液更加困難，從而影響電芯的循環性能；另一方面，更薄的隔膜鋁塑膜、更高能量密度的材料也意味著更差的安全性能。所以能量密度與電芯性能如蹺蹺板的兩端，電池生產商需要在這兩方面之間尋找平衡。此外，能量密度與鋰電池本身有很大的關系。由于目前還沒有更經濟的可以顯著提升能量密度的正負極材料，在鋰元素不變的基礎上，科研人員只有不斷更換電解液和正極材料才能勉強將電池的續航提高，每年進步的幅度只有3%左右。然而，根據摩爾定律，集成電路

11、的晶體管數目每隔大約18-24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。手機電池續航以每年3%左右的增長速度面對如此快的手機性能增長速度，顯得如此的渺小。所以，即使手機電池續航不斷進步，用戶依然會時常感覺手機續航的“力不從心”。重量與空間逼近極限，增大容量倍受制約。面對增加電池能量密度受阻后，手機廠商選擇增大手機電池容量。近年來，手機廠商們對于電池容量也顯得非?！按蠓健?。3000多毫安的電池容量從過去的大電量已經“淪落”為小電量。最近，各大手機廠商的旗艦級手機基本都打破了4000毫安時的分水嶺。那這樣是不是意味著手機廠商可以無休止地增加電池容量呢？例如直接加入5000毫安時或10000毫安時的電池？

12、小米數字系列的電池容量從小米1的1930毫安時經過不斷的進步到達小米9的3300毫安時。其中，小米2手機電池容量為2000毫安時，小米3為3050毫安時，電池容量增加近50%。小米2到小米3電池容量的增加是在減少手機厚度的情況下，通過采用不可拆卸電池，并增加手機尺寸，增大手機內部空間，以放入更大容量的電池實現的。然而，到了小米9，由于手機內部集成了多個功能模塊，例如NFC，無線充電等，手機內部空間被進一步壓縮，因此電池容量較小米8也出現了下降。三星GalaxyNote系列在自Note2增加600毫安時電量后，直到Note7才再次出現較為激進的增加500毫安時電量。然而，這次激進的電量增加卻導致

13、Note7出現了多起安全事故。其原因是Note7在添加了多種新穎的設計與功能后，手機內部的空間已經非常緊湊。此時再加入大容量大電池，手機內部的空間已經不足以支持對電池的保護能6iphoneXiphonexsiphoneXRiphone11iphone11pro發布時間2017年11月2018年9月21日2018年10月26日2019年9月20日2019年9月20日尺寸143.6x70.9x7.7mm143.6x70.9x7.7mm150.9x75.7x8.3mm150.9x75.7x8.3mm144x71.4x8.1mm重量(g)174177194194188手機電量(mAh)27162658

14、294231103190力。安全事故的發生導致三星對其后的S8系列、Note8以及S9系列在電池方面都采取了比較保守的方式。直到在三星Note9才再次增大電量，但與此同時手機的尺寸也相應的增大了。從小米和三星兩大手機廠商的情況可以知道，手機功能的提升會增加手機內部元器件的數量從而降低手機內部的可使用空間。如果在內部空間有限的情況下，激進地增加電池容量，則會比較容易出現安全事故。圖3：歷代小米和三星GalaxyNote系列手機電池容量對比資料來源：電腦愛好者，研究所對于手機廠商而言，可以采用增大手機尺寸以增加手機電池容量。小米手機中，小米6和小米8，以及三星手機中的三星Note8和Note9，都

15、是通過增大手機尺寸以及犧牲手機厚度以放入更大容量的電池。事實上不僅是小米和三星，就連一向對手機外觀有著極高追求的蘋果在追求更持久的手機續航時候也采用類似的方式。但是這并不意味著手機可以無休止地增加電池容量，因為通過增大手機內部空間的同時，不僅手機的尺寸在增大，手機重量也在增加。iPhone小屏手機中，雖然iPhone11的電池容量已經達到3110毫安時，但是其重量也達到了194g，大屏手機就更是有過之而無不及，最新的iPhone11promax雖然對比iPhone8plus增加了近50%的電量，但是手機重量也增加了24g。手機的輕薄與便攜性也大打折扣。表1：iphone小屏手機的尺寸與重量資料

16、來源：中關村在線、研究所表2：iphone大屏手機的尺寸與重量iphone8Plusiphonexsmaxiphone11promax發布時間2017年9月2018年9月21日2019年9月1日尺寸158.4x78.1x7.5mm157.5x77.4x7.7mm158x77.8x8.1mm重量(g)2022082267手機電量(mAh)267531743969資料來源：中關村在線、研究所總結：當前手機的電池續航已經能支持輕中度使用一天。但是，在5G時代，由于需要在單位時間內處理更多的數據或者實現萬物互聯等多種原因，手機的耗能將會增加，手機的續航能力將會再次面臨挑戰。手機廠商為增強手機續航能力也

17、采取向不同的方法。由于無法找到更具性價比的材料，僅通過調節電解液和正極材料無法快速地提升電池的能量密度。受制于手機內部空間以及手機重量，考慮到安全問題，手機電池容量也無法無休止地增加。為應對5G時代手機的能耗問題，手機廠商需要考慮通過其他方式以延長手機的續航能力，以增加自家品牌在市場上的競爭力。2、解決手機續航方法之一：快充2.1增強功率實現快速充電鋰電池的充電分為三個階段，分別是恒流預充電、大電流恒流充電與恒壓充電。當電壓低于3.0V時，充電器會采用100mA電流對鋰電池進行預充電，這個過程叫恒流預充電階段，目的是慢慢恢復過放電的鋰電池，是一種保護措施來的。當鋰電池電壓高于3.0V時，就進入

18、到第二階段，大電流恒流充電階段。由于鋰電池經過第一階段的預充，其狀態已經比較穩定了。在第二階段，充電電流就可以適當提高，根據不同的電池來說，這個電流的大小可以從0.1C到幾C不等，其中C是指電池容量，如2600mAh的鋰電池，0.1C就是指260mA大小的電流。鋰電池充電的最后一個階段為恒壓充電階段，這個階段就是檢測到鋰電池電壓等于4.2V時，充電器則進入恒壓充電模式，這個階段充電電壓恒定為4.2V，充電電流則越來越小。當充電電流小于100mA時，就判斷電池充滿，切斷充電電路。圖4：鋰電池充電過程示意圖資料來源：旺財鋰電，研究所8快速充電是發生在第二階段大電流恒流充電階段。在第一階段中，手機先

19、以小電流進行充電，直到電壓恢復正常的水平。第一階段發揮恢復性充電的作用。在第三階段中，此時電池電壓已經達到一定的數值時，手機的電量基本在90%左右，手機將保持電池電壓不變，逐漸減少充電電流值。如果此時維持較大的充電電流，鋰離子容易在電池負極附近堆積、長大成數枝狀的晶體，俗稱枝晶；枝晶長大后會刺破正負極之間的隔膜，形成短路。因此為了電池的安全，在充電的后半段充電電流會很小。所以，要實現快充只能在第二階段。要實現快速充電就必須提高充電的功率，根據物理學公式，功率=電壓電流，提升充電功率有三種方式：電流不變，提升電壓；電壓不變，提高電流；電壓、電流兩者都提高。1、高電壓恒定電流模式：一般手機的充電過

20、程是，先將220V電壓降至5V充電器電壓，5V充電器電壓再降到4.2V電池電壓。整個充電過程中，如果增大電壓，產生熱能，所以充電時，充電器會發熱，手機也會發熱。而且這樣功耗越大，對電池損害也是越大的。2、低電壓高電流模式：在電壓一定的情況下，增加電流，可以使用并聯電路的方式進行分流，恒定電壓下，進行并聯分流之后每個電路所分擔的壓力越小，在手機中也進行同樣處理的話，這個每條電路所承受的壓力也就越小。3、高電壓高電流模式：這種方式同時增大電流與電壓，這種方式是增大功率最好的辦法，但增大電壓的同時會產生更多的熱能，這樣其中所消耗的能量也是越多，并且電壓與電流不是無限制的隨意增大。目前市面上主流的快充

21、技術：1、高通QuickCharge(QC充電技術)目前高通以及推出了QC4.0快充技術。高通QuickCharge1.0技術最高支持10W的充電功率。按照10W的充電功率，手機的充電時間還是比較長的。在QC1.0的基礎上，高通開發出QC2.0技術。在QuickChargev2.0中，設計了兩種方案，即A類和B類。A類可以提供輸出5V、9V、12V三種電壓。通過提高電壓的方式，讓電源適配器能夠提供更多的電量給到手機終端。根據高通給出的數據，QuickCharge2.0A級標準規定的最大充電電流為2A，因此，QC2.0最高可以實現24W的充電功率。但是QC2.0在實踐過程中存在一些問題，例如發熱

22、。QC2.0在以9V/12V電壓快充時，電池兩端電壓與DC/DC轉換電路的輸入輸出電壓差值較大，因而功耗比較嚴重從而帶來了手機發熱的問題。因此高通開發出QC3.0技術。QC3.0則支持3.6v-12V的波動電壓，在2A電流下可以支持24W的功率，若采用3A電流，則可以提供36W的功率。QC3.0最大的改進，則是將“固定電壓”管理機制替換為“INOV（最佳電壓協商）”允許輸入電壓從3.6V起步，以0.2V為單位，結合實時的電池溫度、轉換效率、電量等因素進行微調，并在允許的輸入電壓范圍內逐步提升或降低，改進了QC2.0時代的“非一即二”簡單選擇。在“INOV”管理機制的幫助下，QC3.0可大大降低

23、DC/DC轉換電路的損耗，從而緩解快充時的發熱問題。根據高通的數據顯示，QC3.0充電效率比QC1.09提高1倍，比QC2.0的提高了38%，是普通充電技術的4倍，充電速度提升27%，發熱降低45%。能在大約35分鐘內將一部典型的手機從零電量充電到80%圖5：QC3.0快充資料來源：TOP數碼網，研究所2016年，高通發布QC4.0技術。QC4.0再次提升功率至28W，并且加入USBPD支持。取消了12V電壓檔，5V最大可輸出5.6A，9V最大可輸出3A，并且電壓檔繼續細分以20mV為一檔。QC4.0相較QC3.0，新增了一項名為DualCharge的技術，使充電速度可提升20%，效率則能提升30%。此外，QC4.0還對“INOV”算法進行了優化，能更準確地測量電壓、電流和溫度的同時，保護電池、系統、線纜和連接器。防止電池過度充電，并在每個充電周期調節電流。圖6：高通QC快充技術的進步路線資料來源：傳感器技術，研究所2、OPPOVOOC充電技術OPPO的VOOC充電技術最早誕生于2014年，VOOC選擇的是保持電壓不變，通過加大電流的方式提升充電速度。OPPO在VOOC充電技術平臺的基礎上，開發出SuperVOOC充10電技術。Su