1、電池技術瓶頸與手機功耗提升的矛盾

1.1.手機電池技術發展停滯不前

回顧手機電池的發展史，1973 年，摩托羅拉生產了全球第一部手機 Dyna TAC 8000X，手機重達 1.81 斤，其中電池是最大的組成部分，由六節圓柱體鎳鉻電池組成，體積和重量占到了整個手機的一半，但是提供的通話時長僅為半小時，所需的充電時間則需要十個小時。

鎳鎘電池有容量低、壽命短等缺點，此外還具有嚴重的記憶效應，電池需要使用至完全沒電才能進行充電，直到充滿電才能繼續使用，不然就會使得電池容量快速下降，由于種種缺點，也限制了手機的發展，急需新的電池技術。

1983 年，手機電池實現了首次的更新換代，鎳氫電池出現，相對于鎳鉻電池在電池容量上有明顯的提升，電池密度的增大，也使得電池體積可以大幅度減小，這一改變也使得手機更具便攜性，摩托羅拉在 1996 年推出了搭載鎳氫電池的 StarTAC 手機具備更加便攜的外形。

在 90 年代初期，索尼研發的鋰電池正式投入商用，但是由于初期鋰電池價格高昂，且技術還較為不成熟，相比鎳氫電池的優勢不明顯，因此沒有得到大范圍的普及，但是到了 90 年代末期，隨著材料技術以及制造技術的進步，鋰電池在容量提升的同時成本也持續下降，逐漸得到了市場的青睞，便攜式設備也進入了鋰電池時代。

如今，距離鋰電池發明已經有近五十年，但是鋰電池的技術在近些年來已經達到了一個瓶頸期，能量密度已經接近其物理極限。

1.2.手機性能提升隨之帶來功耗增長

隨著智能手機功能的增加，手機的耗電量也持續上升，這對電池的續航能力造成了比較大的壓力。其中手機耗電主要部件為 CPU/GPU、屏幕、蜂窩/WIFI/ 數據、sensor/BT/GPS 等幾個部分。

智能手機屏幕作為內容輸出以及人機交互的主要窗口，占據了整機功耗的最大部分，主要耗電部分為背光燈、觸控傳感器，特別是隨著屏幕像素以及屏幕亮度的提升，其耗電量也是逐年增長。屏幕高分辨率帶來的高耗能主要源于GPU 對成倍提升的像素點的計算量的增加。

例如當屏幕以 2560X1440（577ppi）的分辨率運行時屏幕功耗為 10.247W，相比 1280X720（144ppi）分辨率功耗高出 87.3%。

此外隨著手機的更新屏幕耗電量也逐代提升，比較 iphone 6 plus 以及三星 S7 在最大顯示亮度下屏幕功耗分別達到了 1.52W 和 1.45W， iPhone 6 相較于 iPhone 5 功耗高出 44.59%，三星 S7 相較于上一代三星 S6 功耗高 20.83%。

隨著手機功能的豐富，對于手機 CPU 的性能要求也逐漸提升，雖然手機芯片跟隨著摩爾定律的發展，從最初的單核 1GHz 的主頻，發展至后來的雙核、四核、六核甚至十核，不少 CPU 廠商通過簡單粗暴的增加核心數來提升手機性能，但是隨之而來也帶來了 CPU 功耗的提升。

從蘋果 A 系列芯片來看，新款 A12 芯片平均大核功耗為 3.96w 高于 A10 芯片平均功耗 3.68w；華為麒麟 980 平均大核功耗為 1.85w 高于麒麟 810 的平均功耗 1.12w；高通驍龍 855 芯片平均功耗為 1.95w 高于驍龍 835 以及 845 的 1.40w 和 1.70w。由此可以看到，隨著 CPU 的更新換代，也將帶來 CPU 功耗的提升。

手機通信制式的提升也會帶來相應的功耗增長，以最新的 5G 手機為例，5G 手機相對于 3G、4G 手機內部采用了 Massive MIMO（大規模多入多出）天線技術，需要在手機內置至少 8 根天線，每根天線都需要配備功率放大器，這就會產生比較大的功耗，此外，在 5G 發展初期，整體網絡覆蓋率較低的情況下，如果使用 5G 網絡，會出現手機頻繁搜索信號的情況，搜索信號本身就會加速電量的消耗。

根據小米集團中國區總裁盧偉冰的表述，如果 5G 旗艦手機 5G 網絡全開，功耗將會高于 4G 手機約 20%

除了通訊功能外，可以連接手機的可穿戴設備數量增多，需要手機保持藍牙的開啟狀態，也需要消耗電量；還有導航以及健身等應用軟件需要頻繁調用 GPS 支持，這部分來自于 GPS 芯片的計算工作和加速劑陀螺儀等的支持工作功耗大概在 50mW 左右。

2.快充成為解決電量焦慮的方法之一

2.1.快充技術通過增大電流或電壓實現

隨著使用手機的時長不斷增長，在保持手機輕薄的前提下，如何最大化增強手機的續航成為各家廠商思考的問題。其中一種方式就是加快手機的充電速度。

快充的實現方法是通過調整手機充電時的電壓和電流值，從而縮短手機的充電時間，目前主流的快充方法分為三種：提高充電電壓、增長充電電流、或者是在提高電壓的同時增大電流。

形象的來表示快充技術，可以通過下圖中，將水壓代表電壓，水流代表電流，水庫來表示為電池，提高電壓類比為提高水位差來增加水流速度，讓水可以更快的從大水庫流進小水庫，增大電流則等效于增大水庫間的水管寬度，通過的水變多加速小水庫注滿，使用以上任意一個或者兩種方式結合都可以達到快充的效果。

2.2.充電器產業鏈

有線充電器即為市面上需要電源線連接設備的充電器，用來對智能終端來進行充電，主要技術原理是利用電力電子器件將交流電轉換為可以對鋰電池進行充電的直流電。有線充電器廣泛應用于消費電子中智能手機、平板電腦以及筆記本等常見的智能終端設備，充電功率通常為 2.5W-100W 之間。有線充電器主要可以分為普通充電器以及快速充電器，普通充電器的價格相對比較便宜，但是充電速度較慢，現在消費者越來越接受具備更快充電速度的快速充電器。

有線充電器主要由塑料殼體、金屬插腳、USB 接口、PCB 板、控制芯片、變壓器、MOS 管、被動元件（電容、電阻、電感等）、輔材（如絕緣膠）等零部件或材料組成。

根據市場調研機構 BCC Research 于 2018 年 8 月發布的報告數據顯示， 2017 年全球有線充電器市場規模為 85.49 億美元，其中，普通充電器市場規模 68.22 億美元，占比為 79.80%；快速充電器市場規模為 17.27 億美元，占比為 20.20%。

目前市場上各大廠商都推出了各自的快充技術，較為主流的包括高通 QC 協議，聯發科 PE 協議，OPPO、VIVO 的閃充，華為的快充技術等。

2.3.高通 Quick Charge 技術

高通作為目前智能手機 SoC 領域市占率最高的品牌，高通很早就開始發展開售充電技術 Quick Charge（QC），大部分使用高通驍龍處理的手機都使用 QC 快充，三星旗下的 Exynos 處理器也支持 QC 快充規格。

高通最早是采用低電壓高電流模式，通過將電流大小提升至 2A 來增強充電功率。但是受限于當時使用的 Micro USB 接口，2A 已經達到了承受的電流上限，隨后高通轉向發展高電壓恒定電流模式，通過增強電壓來提升充電功率。直到 Type C 接口技術逐漸普及發展成熟，可以承受的電流上限提高，高電壓高電流模式逐漸開始發展。

目前高通的快充技術已經發展至 QC4+版本，通過雙通道充電、智能散熱以及升級的安全設計等技術實現最快 15 分鐘充電 50%的效果，其中雙通道充電技術是指通過兩個電源管理芯片將電流分成兩部分，并且讓電流從比較低溫的通道來進行充電，這樣一來在降低電池發熱的同時還可以提升充電速度，QC4+版本也兼容之前發布的 QC4.0、QC3.0 以及 QC2.0 快充技術，并且還可以應用在移動電源、汽車等接口。

2.4.USB PD

USB PD（USB Power Delivery）是由 USB-IF 組織制定的一種快速充電規范，USB-PD 協議的充電器主要以 Type-C 輸出，可以實現更高的電壓和電流，輸送功率最高可以達到 100w，并且可以自由的改變電力的輸送方向。

USB-PD 的使用裝置沒有限定，相機、平板電腦、筆記本電腦以及顯示器等產品都能使用這種充電規格，充電中裝置和充電器之間會自動判斷使用多大的電流充電，如果不符合 PD 規范的充電裝置，則會提供 5V/0.5A 的充電速率。另外，高通在 QC4.0 之后就兼容了 USB-PD 規格，支持 QC4.0 的快充設備也支持 USB-PD 快充。

2.5.OPPO VOOC 快充

OPPO 在 2014 年推出了 VOOC 閃充，并在 2018 年推出了商用化的 SuperVOOC 超級閃充技術，也是目前市場上最快的手機充電技術。OPPO 成功也得益于其強大的研發實力，OPPO 自主研發的 VOOC 充電協議已經在全球范圍內申請了超過 1000 項的核心專利。

目前 OPPO VOOC 閃充平臺已經形成了 VOOC 閃充、Super VOOC 以及無線 VOOC 閃充完整的三條路徑。

VOOC 4.0：采用新一代 3C 電芯和 30W 高功率版適配器，降低整個充電系統內阻的同時升級了適配器內部的功率器件，30 分鐘能夠將 4000mAh 容量電池充至 67%，73 分鐘充至 100%。

Super VOOC2.0 峰值功率可以達到 65W，可以在半小時內將 400mAh 的電池充滿，VOOC 3.0 則需要 90min 左右，傳統 5V2A 的充電頭則需要 120min 以上。

2.6.華為 SuperCharge

SuperCharge 是華為的私有的快充協議，被廣泛應用于華為以及榮耀的主流機型上，目前最高支持 55W 的有線充電，充電規格最高為 20V/2.75A，55W 充電規格被首先應用于 mate x 系列手機，在其余旗艦機型中搭載了 40W 有線充電。

使用華為 40W 快充對 Mate 20 Pro 進行充電，半小時可以充 71%的電量， 18w 充電器只能充 36%，10w 充電器僅能充 23%。

2.7.vivo 快充

vivo 快充采用了雙引擎閃充，較普通充電技術速度提升 2 倍以上。雙引擎閃充技術采用了雙充電芯片并聯充電的方式，在進行快充的時候兩顆充電電芯同時進行工作，采用雙芯片架構，可以有效的提高每顆 IC 的充電效率，使充電芯片安全高效的持續轉換能量給到電池，收益與每顆充電芯片的效率得到提升，手機端的整體溫升也表現更好。

在 2019 年 MWC 上 vivo 更是發布了最新的超級閃充技術，最高輸出可以達到 20V/6A，輸出功率 120W，將 4000mAh 鋰電池從 0%充至 50%只需要 5 分鐘，充滿至 100%只需要 13 分鐘。

2.8. 小米快充 Charge Turbo

小米快充為 Charge Turbo 具備 50W(10V5A)、40W(10V4A)、30W( 10V3A)等快充規格，最新的小米 10 Pro 便采用了單電池設計的 50W 快充規格。小米旗下采用高通驍龍處理器的機型均對高通 QC 快充協議具有良好的支持，例如小米 10 Pro 便支持 QC4+和 PD3.0，而新發布的小米 10 青春版則支持全新的 Quick Charge 3+。

2.9. GaN 在快充中大有可為

GaN 是第三代半導體材料，具備導通電阻小、損耗低以及能源轉換效率高等優點，能夠在高溫高電壓的環境下運作，非常適合應用于高頻高功率的元件中，由 GaN 制成的充電器還可以做到較小的體積。隨著 GaN 的制程技術逐漸成熟、成本降低后，充電器產品也能夠用上 GaN。

在 2019 年 10 月份，OPPO 發布了 Reno Ace 標配了 65W 超級閃充的充電器，其中就使用了 GaN 技術，OPPO 也成為了全球第一個在手機充電器中導入 GaN 技術的廠商。

在 2020 年 2 月，小米在其新品發布會上也推出了應用 GaN 技術的 65W 充電器，極大地引起了市場的關注。

以小米 65WGaN 充電器為例，氮化鎵技術的使用讓充電器有了更高的效率，發熱更少，尤其重要的是在體積方面有了突破性進展，相比非氮化鎵的 65W 充電器體積減少了 40%。此外，充電器可以兼容市面上主流的設備，包括手機、筆記本、平板電腦以及游戲機等，提供不同功率的輸出，方便消費者的日常使用。

氮化鎵產業鏈包括襯底、外延片以及器件制造等主要環節，市場上主流的氮化鎵生產廠商集中在歐洲以及日本等地區。GaN 襯底主要由日本公司主導，日本住友電工市場份額達到 90%以上；生產 GaN 外延片的廠商主要為比利時 EpiGaN、日本 NTT-AT 以及英國的 IQE 等；設計廠商以美國的 EPC、Navita 以及 macom 為主；主要的代工廠包括臺積電、穩懋為主，國內廠商三安集成市場份額目前還較低等。

采用 IDM 模式的公司包括日本住友電氣、荷蘭英飛凌、美國 PI 等公司，國內公司英諾賽科擁有非常完善的 8 英寸硅基氮化鎵產業化平臺，包括功率與射頻兩條產品線。

目前市場上可以提供氮化鎵充電器中氮化鎵功率芯片的公司包括 Power Integrations、納微半導體以及英諾賽科。Power Integrations 的氮化鎵技術被應用于 OPPO 發布的 SuperVOOC 氮化鎵快速充電器中；小米氮化鎵充電器則配備了納微半導體的 NV6115、NV6117 GaNFast 功率芯片；英諾賽科是國內硅基氮化鎵廠商，雖然整體實力與國際先進水平還存在差距，但是公司采取 IDM 模式，于 2017 年底建成了我國首條 8 英寸硅基氮化鎵功率器件的量產線，未來在工藝先進性、產品覆蓋面以及產能布局上有具備一定優勢，未來發展前景值得期待。

根據 Yole 報告，受益于 5G 建設、快充、汽車電子、消費電子等領域的需求推動，GaN 市場將在未來保持較快速度增長，其中增長最快的將是快充市場，目前國內已經有較多廠商開始對 GaN 快充進行布局，未來隨著消費者對 GaN 充電器的熟知，技術和銷量提升帶來成本的下降，GaN 充電器有望成為手機的標配產品，可能成為在消費電子領域中繼TWS耳機的下一個爆款產品，預計到2025 年全球 GaN 快充市場將達到 600 億元的規模。

3.無線充電是解決電量焦慮的方法之二

3.1.無線充電的優劣勢

無線充電技術（Wireless Charging Technology）是利用電磁感應或其他交流感應原理來進行電力傳輸的技術。無線充電相對于有線充電的優點主要為：第一，傳輸和接收設備之間實現了電流隔離，在使用時安全性更高；第二、電力的接收裝置可以實現完全的封閉，可以更方便的實現完全防水；第三，可以省去體積較大的連接器，實現接收設備的小型化，可以更好的應用于藍牙耳機、智能手表等可穿戴設備上；第四，省去了拔插連接器的動作，在充電時更加方便。

同時無線充電也存在著一定的劣勢：第一、無線傳輸效率較低，通常的無線充電功率低于有線充電；充電工作距離較短，傳輸距離越遠功率損耗越大，傳輸效率越低。

3.2.無線充電技術路徑

可以實現無線充電的技術主要為四種：電磁感應、磁場共振、微波方式以及電場耦合式，其中電磁感應是目前應用最多的技術。

電磁感應技術是市場上最為成熟的技術，原理是電流通過線圈時會產生磁場，對附近的線圈產生感應電動勢進而產生電流，實現電能從傳輸端向接收端的轉移。WPC 聯盟的 Qi 標準以及 PMA 標準都是采用電磁感應式的方案，這種方式轉化效率較高，但是傳輸距離較短僅為 10mm 左右，此外對設備的放置位置要求較高，充電過程需要對準線圈一對一進行。

3.3.無線充電市場持續增長

隨著無線充電技術的逐步發展與成熟，其應用范圍從初期的電動牙刷、剃須刀逐步擴展至智能手表、智能手環、智能手機、平板電腦、筆記本電腦，甚至電動汽車領域。如今，無線充電器的應用領域正隨著技術的發展進步而日益廣泛。

根據市場調研機構 BCC Research 于 2018 年 8 月發布的報告數據顯示， 2017 年全球無線充電器市場規模為 10.58 億美元，預計到 2022 年全球無線充電器市場規模將達到 15.64 億美元，年復合增長率約為 8.1%。

無線充電行業已經形成完整的產業鏈，包括方案設計、芯片、線圈、磁性材料以及模組制造，其中方案設計以及芯片具備較高的技術壁壘，占據產業鏈價值量約 60%，主要被高通、TI、博通等國外企業壟斷所壟斷，國內企業中興通訊、信維通信以及全志科技等技術也在逐漸進步；線圈及磁性材料價值量占比約為 30%，國內企業信維通信、碩貝德、橫店東磁等都具備較高的競爭力；模組制造占比約為 10%，技術含量較低，國內廠商包括立訊精密、欣旺達、德賽電池等。