解析苹果17英寸MacBook Pro新电池技术

今年初的MacWorld 2009大会上，苹果公司推出了17英寸的MacBook Pro笔记本电脑，并且宣称：它的电池续航时间将可以达到8小时以上！对此，我们充满了好奇——相比一般17英寸机型的2～3小时，甚至更短的续航时间，新的17英寸MacBook到底是如何炼成8小时的超长工作时间的呢？

按照惯例，在同等条件下，如果笔记本电脑的电池续航时间越长，那么它的电池体积也就应该越大。对于宣称8小时续航时间的17英寸MacBook Pro而言，它的电池体积应该有多大呢？

很遗憾，我们把17英寸的MacBook Pro前前后后翻了个遍，却并没有发现任何可拆卸的电池甚至是疑似可拆卸电池的物体。在光滑平整的底部上，电池到底去了哪里？当然，不要相信苹果是在跟你玩魔术，电池绝对不会凭空消失的。只是这次苹果将电池从笔记本电脑的外部转移到了机器内部，造成了电池“消失”的假象，而这也正是造就17英寸MacBook Pro的续航时间能高达8小时的主要原因之一。

下面，就让我们一起走进17英寸MacBook Pro，去看看它电池超耐久的秘密！

锂聚合物电池，轻薄与耐久兼得之秘诀

对于绝大部分的笔记本电脑来说，它们使用的都是锂离子电池(Liion Battery)。这种电池由若干个单体的电池芯以一定的方式进行并联/串联之后，加上保护电路和用于封装的塑料外壳，就构成了我们经常看到的笔记本电脑用锂电池(图1)。

图1 锂离子电池拆开后的电芯

而在17英寸的MacBook Pro的设计上，则完全放弃了这种传统的锂离子电池，改用了锂聚合物电池(Li-Poly Battery)。正是这种电池，克服了锂电池原有的诸多缺陷，造就了8小时续航目标的达成(图2)！

图2 MacBook Pro上使用的锂聚合物电池

编者注：关于锂离子电池和锂聚合物电池本身的技术规范以及原理等内容，本刊在过往的文章中已有较为详细的讲述，在此不再重复叙述。另外，严格上来讲，下文所讲的液态电解质锂离子电池与锂聚合物电池都是锂离子电池中的一种，为了叙述上的方便，我们下文所讲的“锂离子电池”如无特殊说明都指液态电解质锂离子电池，而锂聚合物电池则指聚合物锂离子电池。

可塑瘦身！轻薄的源泉

传统锂离子电池由于采用了液态的电解质，因此在封装上首先需要考虑的问题就是防止液态电解质的泄漏——这一点和普通的镍镉电池或者镍氢电池非常相似，所以，我们看到传统笔记本电脑的锂离子电池电芯大多采用了铝外壳或者钢外壳的封装，使其看起来与普通的3号充电电池或干电池并无太大差别(图3)。

图3 笔记本电脑锂离子电池的电芯，和普通干电池非常相似

虽然电池的总反应原理与锂离子电池并无差别，但是对于17英寸的MacBook Pro使用的锂聚合物电池电芯来说，其电解质却由液态转变为了固态或者半固态(凝胶状)。因此它基本是采用铝膜进行封装，其形状也可以根据实际的需要变得多样化(图4)，而不是像锂离子电池电芯一样的圆柱状。

图4

之前我们说过，笔记本电脑的电池中，电芯是通过串联或者并联的堆叠方式来达到电脑所需的电池容量的。对于直径在4mm以上，且是圆柱状造型的锂离子电池电芯来说，假如电池的外包装大小空间已经固定，那么在这样的空间内所能堆叠下的电芯也必然是有限的。而且由于圆柱状的造型，加上电池内部的电路和安全保护装置，电芯在堆叠过程中必然会造成极大的空间浪费。而且为了延长电池续航时间，大部分厂商都是想法在可拆卸的锂离子电池中塞入更多的电芯提升电池容量，而这样的终结果就是电池更重，笔记本电脑也因此显得更为臃肿(图5)。

图5 圆柱状的电芯堆积造成巨大的空间浪费

反观锂聚合物电池，由于在形体上具有极大的可塑造性，其电芯的厚度小甚至可以达到
0.5mm的程度，而且其形状可以进行任意的塑造(图6)。即使将多个电芯组合在一起，电池的整体仍然可以做到非常轻薄的程度，而这正是MacBook风格所需要的。

图6 锂聚合物电池电芯的造型可任意塑造，因而可以做得更加轻薄

锂聚合物电池大致可分为三类：

以固体聚合物为电解质的锂聚合物电池。电解质为聚合物与盐的混合物，这种电池在常温下的离子电导率低，适于高温使用。
以凝胶聚合物为电解质的锂聚合物电池。在固体聚合物电解质中加入增塑剂等添加剂，从而提高离子电导率，使电池可在常温下使用。
以聚合物为正极材料的锂聚合物电池。采用导电聚合物作为正极材料，其比储电量是普通锂离子电池的3倍，属于较新一代的锂电池。

内部空间！消失与增容的秘密

既要尽可能地延长电池的续航时间，又要保持MacBook系列的轻薄本色，那么到底应该把17英寸MacBook Pro的电池放在哪里？苹果的工程师们在这里想到了一个出人意料的地方——电池本身的空间！

他们找到的空间，位于一个几乎不可能想到的地方：电池本身。传统笔记本电脑上的可拆卸锂离子电池，就是一个会占据大量空间的配件。为了让电池可以更换，相关的配套元件本身就有一定的体积，比如防短路装置、充电保护电路等。而且电芯也必须包裹在厚重的塑料外壳之中，以防止使用过程中的磨损，这些塑料的外壳也会占去更多空间。同时，笔记本电脑的外壳设计上，还必须留出一定的空间给电池盖、锁闩等相关配件。其实，在苹果的工程师们看来，这些浪费掉的空间，其实都应该还给电池本身。

于是，为了让17英寸的MacBook Pro拥有大容量的电池，而同时不会增加体积或重量，苹果工程师们去掉了一切支持传统可拆卸锂离子电池的结构，直接将电池镶嵌在笔记本电脑内部！这样的组装方式创造了足够的空间，以容纳增大了40％容量、充满电时可以连续运行长达8小时的电池(图7)。

图7 17英寸MacBook Pro内嵌电池示意图

很明显，去掉了外壳等一切附属设施之后，整块电池就直接以电芯的形式组装在了笔记本电脑的内部，原本属于可拆卸电池的那部分空间对于形体可塑的锂聚合物电池电芯来说，无疑有更大的空间利用率，从而能有效提升电池的整体容量，实现8小时的续航时间也不再是痴人说梦。

锂聚合物电池的优缺点简单总结

优点：超薄，电池甚至可以组装进信用卡中；外观造型灵活多变，没有局限的标准外形，能够根据实际需要做成合适的大小；质量轻，采用聚合物电解质的电池甚至无需金属壳来作为保护外包装；更安全，充电控制稳定，电解液泄漏的几率更低。
缺点：和锂离子电池相比能量密度和充电循环次数有所下降；成本较锂离子电池高。

安全性，薄片下的防护措施

也许有人会担心直接将电池装在笔记本电脑内，其安全性是否得不到保证？其实完全不必如此，之前多次报道过的电池爆炸事件几乎都无一例外来自锂离子电池。由于锂离子电池电芯大多采用的是铝制或者钢制外壳，某些情况下，如果电池发生短路或者局部过热的情况，由于内部电解液急剧膨胀，产生大量气体。如果此时的电芯外壳没有安全排气的阀孔，或者是阀孔失效，则极有可能造成电芯的爆炸。而且铝制或者钢制的外壳爆炸后还容易对人体造成伤害。

不过锂聚合物电池不一样，由于它是采用铝膜的封装，因此即使在意外发生之时，也多只会产生“气鼓”的状况而导致电池失效，基本不会产生爆炸的情况。某些型号的手机在充电时，容易在过冲的情况下造成电池鼓起一块，这就是我们前面说到的“气鼓”现象。对消费者来说，锂聚合物电池无疑也会安全得多。

正确使用锂电池

无论是用在手机还是笔记本电脑上，无论是锂聚合物电池还是液态电解质锂离子电池，在其使用上都有一定的准则需要我们去掌握。

1、按照标准的时间和程序充电，即使是前三次也要如此进行，不能过充，也无须深度放电；
2、当出现电量过低提示时，应该尽量及时开始充电；
3、锂电池的激活并不需要特别的方法，在正常使用中锂电池会自然激活。如果你执意要用流传的“前三次12小时长充电激活”方法，实际上也不会有任何效果。

智能充电技术，有效的抗衰老药

锂聚合物电池的使用和内置安装固然是17英寸MacBook Pro 8小时电池续航时间达成的首要功臣，不过如果你以为这些就是这个新电池技术全部，那你就错了。下面我们要介绍的智能充电技术同样对其功不可没。

大多数笔记本电脑都是以固定的电流充电，而不理会电池的实际状况到底是怎样的。而这样的做法则有可能会让电池提前减弱甚至丧失储电能力，过早导致电池的容量下降。而苹果伴随17英寸MacBook Pro推出的Adaptive Charging智能充电技术，正是为了解决这个问题而来的(图8)。

图8 这块芯片就是用于检测电池状态的

新的17英寸MacBook Pro 所配备的是一种具有智能充电功能的电池，在整个电池结构中包含有一块智能芯片，而这块芯片的作用就是随时检测锂聚合物电池的电量，并将目前电池的详细状况反馈给电脑进行信息的交换。在电脑端，则有一套专门的算法对电量进行实时计算，以此判断并调整必要的充电电流，让电池随时保持理想的状况，减缓锂聚合物电池的老化。

我们知道，在业界一般用充电循环(Charge Cycles)来衡量笔记本电脑电池的寿命。所谓充电循环指的就是电池从完全充饱电到完全放电的这样一个过程。这里需要注意的是，并不是将电源接上笔记本电脑就是充电循环的开始，比如当电池一半电量的时候接上适配器开始充电，到下一次充电开始的这个过程，就不是一个完整的充电循环，其中可能包含了许多次的小规模的放电与充电。而在每一次小规模的放电与充电的过程中，17英寸MacBook Pro所采用的这块智能芯片都可以对充电电流进行精确的调节，从而保证佳小损伤的充放电过程。

一般的笔记本电脑电池在约200～300次充电循环之后，其电池容量就会下降到标准值的80％左右，而17英寸MacBook Pro的锂聚合物电池由于采取了智能充电技术，电池的充电循环可以在高达1000次的情况下，电池电量才会下降到标准值的80％。平均寿命是一般笔记本电脑电池的3倍以上(图9)。

图9 智能充电技术可有效延长电池寿命

写在后

也许你会认为，其实这个新的电池技术也并没有什么太高深的技术在其中！的确，如果单就锂聚合物电池本身而言，其技术并非属于新兴产物，也并不是苹果公司一家独有。不过，在笔记本电脑上，苹果公司却能综合锂聚合物电池技术、智能充电技术以及新的电池材料等要素而创新地推出
17英寸机型8小时续航时间的概念，这本身就是一个值得推崇的举动。而且我们认为，创新性地将电池内置，并以此增大近40％的电池容量设计更是苹果公司无穷创意的具体体现。至少，在你第一次听说8小时的电池续航时间时，一定会在心里存在疑问——怎样做到的？而在看完了我们的技术介绍之后，相信你一定会跟我们一样感叹——原来电池还可以这样做！

不过要提醒大家，这些都是基于原理和技术上的分析，那么17英寸的MacBook Pro电池续航时间到底在实际使用中表现如何呢？请大家关注《微型计算机·移动360°》的相关后续测试。