1、2020年深度行业分析研究报告目录1、手机电池发展遇瓶颈，5G时代亟需“能量支持”.41.1手机续航升级并非一路顺利.41.25G将会对手机将会对手机的续航提出新的要求.41.3手机电量增加遭遇瓶颈.52、解决手机续航方法之一：快充.82.1增强功率实现快速充电.82.2PD协议脱颖而出，加速快充推广.112.3氮化镓，小型快充电源适配器的关键.133、解决手机续航方法之二：无线充电.153.1目前存在三种无线充电方式，电磁感应成手机领域的主角.153.2万物互联拓宽应用场景，无线充电市场空间广阔.173.3无线充电技术日趋成熟，渗透率有望快速提升.183.4剖析无线充电产业链，挖掘无线充电产

2、业机会.194、5G时代，热管理迎来需求爆发期.214.1热管理需求即将迎来爆发.214.2看5G时代热管理方案变化.224.3梳理热管理产相关.25插图目录图1：手机续航时间.4图2：锂电池工作示意图.6图3：历代小米和三星GalaxyNote系列手机电池容量对比.7图4：锂电池充电过程示意图.8图5：QC3.0快充.10图6：高通QC快充技术的进步路线.10图7:OPPOSuperVOOC2.0超级闪充.11图8：30WVOOC闪充4.0.11图9：主流快充协议差别.12图10：2000-2018年固定电话及移动电话普及率发展情况.12图11：USB-PD含有的快充协议.13图12：OPP

3、O65WSuperVOOC氮化镓充电器.14图13:硅、碳化硅、氮化镓的导通电阻.14图14：superVOOC2.0充电效率.14图15：某品牌氮化镓30W充电头和苹果官方充电头体积对比.15图16：电磁感应无线充电.16图17：磁场共振无线充电.16图18：磁共振无线充电.16图19：iPhone无线充电.17图20：无线充电的部分应用场景.18图21：手机无线充电功率不断提升（以三星为例，单位：W）.19图22：无线充电产业链环节.20图23：无线充电产业链成本结构.202图24：MTTF随测量温度升高而下降.21图25：导热界面材料示意图.22图26：智能手机超薄热管示意图.23图27

4、：智能手机超薄VC示意图.23图28：华为SuperCool石墨烯液冷散热.23图29：OPPOReno3PRO的立体也冷散热功能图.25表格目录表1：iphone小屏手机的尺寸与重量.7表2：iphone大屏手机的尺寸与重量.7表3：三种无线充电方式的对比.16表4：无线充电相比有线充电具备三重优势.18表5：石墨相比铝、铜导热性能优势明显.22表6：部分5G手机散热方式.24表7：重点公司盈利预测（截至2019/2/4）.2731、手机电池发展遇瓶颈，5G时代亟需“能量支持”1.1手机续航升级并非一路顺利每一代手机升级并不一定能提升续航能力。智能手机的发展是伴随着信息技术的进步一起出现的。

5、从过去的1G时代到目前的5G时代，智能手机的进步不仅体现在网速与通话清晰度的提升上，还体现在其他方面，例如，更大更清晰的屏幕让电影与电视剧爱好者可以无时无刻享受到影视的乐趣；更快更强的手机处理器让游戏爱好者随时随地沉浸在游戏的愉悦中。智能手机在逐渐成为人们生产生活的工具，人们对于手机的要求与期待也随之增高，其中一个要求就是手机的续航时间。对此，手机厂商也一直不断地努力，但是，并不是每一代手机的升级就能提升手机的续航时间。根据WashingtonPostGadgetLab的数据显示（灰色机型代表2017年发布，蓝色则代表2018年发布），2018年多个机型续航能力并没有超过2017年的。例如，2

6、018年苹果发布的iphonexs在续航时间就少于2017年发布iPhone8系列；Google在2018年发布Pixel3的续航时间同样也少于2017年自家发布Pixel2系列。目前各大手机品牌的手机续航时间都能维持8小时以上，足以应对手机轻中度使用。图1：手机续航时间资料来源：WashingtonPostGadgetLab，研究所1.25G将会对手机将会对手机的续航提出新的要求首先，5G手机将会采用MassiveMIMO的技术以增强手机对信号的接收。目前，大部分4的5G手机采用的是4*4MIMO技术，每一根天线下方都接上相应的功率放大器以强化信号。随着技术不断进步，手机内部所含有的5G天线

7、将会达到8根。届时，手机用于信号接收的耗能将会再上一个台阶。第二，4G时代的移动网络速率是100Mps,5G时代的网络速率是1Gbps，5G的网络速率是4G时代的10倍。这意味着，手机内部的基带芯片以及应用处理器要在同一时间处理过去10倍的数据。处理器的功耗随着数据量的提升也会一起增加。第三，5G网络基站在2020年将会开始大规模建设。但是，我国幅员辽阔，5G网络短时间内难以实现全面覆盖，在全国大多数地方，5G网络覆盖率还是处于较低的情况。5G手机由于首选网络是5G网络，因此，在5G网络覆盖率较低的情况下，5G手机将会频繁启动信号搜索功能，增加了手机的耗能。第四，2019年，高通虽然发布了SO

8、C版的5G芯片765和765G,但是在高端的应用处理上，高通依然采用外挂基带芯片X55的方案。基带外挂分离，相关的电路与电源芯片也要增加，手机内部功耗增加。第五，万物互联，手机连接海量设备。手机的普及与功能的进步促使手机周边配件出现共振。以Airpods为代表的TWS耳机由于其独特的外观以及非常方便的使用方式，销售情况相当火热。根据StrategyAnalytics，2019年苹果AirPods销量近6000万。作为一个类别，TWS耳机销量在2019年增长200%。2020年有望保持强劲的销售情况。除了TWS耳机，还有具备辅助消费者监控身体情况的智慧手表与智慧手环也出现销售火热的情况。根据Ca

9、nalys数据显示，2019年第三季度，全球智能手环出货量达到4550万件，同比大幅增长65%。其中大中华地区同比增速达到60%，市场份额占比全球的40.2%。在信息化时代，随着消费者对信息消费需求及要求的增加，将会有更多的智能设备伴随着人们的生产与生活。万物互联，将会以手机作为中心点展开。手机作为信息数据的连接体与汇聚体，将会产生更多的能耗。1.3手机电量增加遭遇瓶颈智能手机内置的锂电池是由正极材料、电解质、隔离膜和负极材料构成。想要增加手机的续航能力，目前主要有两种方法，一种方法是增加电池的能量密度，另一种方法是增大电池容量。5图2：锂电池工作示意图资料来源：汽车人参考，研究所发展能量密度

10、困难，进展缓慢。能量密度几乎是所有电池在设计时必须考虑的首要问题。当设计的能量密度提高时，电芯则必须选择而更薄的隔膜、材料也需要使用在极限压实和面密度下。一方面，极限设计会让电芯的吸液更加困难，从而影响电芯的循环性能；另一方面，更薄的隔膜铝塑膜、更高能量密度的材料也意味着更差的安全性能。所以能量密度与电芯性能如跷跷板的两端，电池生产商需要在这两方面之间寻找平衡。此外，能量密度与锂电池本身有很大的关系。由于目前还没有更经济的可以显著提升能量密度的正负极材料，在锂元素不变的基础上，科研人员只有不断更换电解液和正极材料才能勉强将电池的续航提高，每年进步的幅度只有3%左右。然而，根据摩尔定律，集成电路

11、的晶体管数目每隔大约18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。手机电池续航以每年3%左右的增长速度面对如此快的手机性能增长速度，显得如此的渺小。所以，即使手机电池续航不断进步，用户依然会时常感觉手机续航的“力不从心”。重量与空间逼近极限，增大容量倍受制约。面对增加电池能量密度受阻后，手机厂商选择增大手机电池容量。近年来，手机厂商们对于电池容量也显得非常“大方”。3000多毫安的电池容量从过去的大电量已经“沦落”为小电量。最近，各大手机厂商的旗舰级手机基本都打破了4000毫安时的分水岭。那这样是不是意味着手机厂商可以无休止地增加电池容量呢？例如直接加入5000毫安时或10000毫安时的电池？

12、小米数字系列的电池容量从小米1的1930毫安时经过不断的进步到达小米9的3300毫安时。其中，小米2手机电池容量为2000毫安时，小米3为3050毫安时，电池容量增加近50%。小米2到小米3电池容量的增加是在减少手机厚度的情况下，通过采用不可拆卸电池，并增加手机尺寸，增大手机内部空间，以放入更大容量的电池实现的。然而，到了小米9，由于手机内部集成了多个功能模块，例如NFC，无线充电等，手机内部空间被进一步压缩，因此电池容量较小米8也出现了下降。三星GalaxyNote系列在自Note2增加600毫安时电量后，直到Note7才再次出现较为激进的增加500毫安时电量。然而，这次激进的电量增加却导致

13、Note7出现了多起安全事故。其原因是Note7在添加了多种新颖的设计与功能后，手机内部的空间已经非常紧凑。此时再加入大容量大电池，手机内部的空间已经不足以支持对电池的保护能6iphoneXiphonexsiphoneXRiphone11iphone11pro发布时间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)4188手机电量(mAh)27162658

14、294231103190力。安全事故的发生导致三星对其后的S8系列、Note8以及S9系列在电池方面都采取了比较保守的方式。直到在三星Note9才再次增大电量，但与此同时手机的尺寸也相应的增大了。从小米和三星两大手机厂商的情况可以知道，手机功能的提升会增加手机内部元器件的数量从而降低手机内部的可使用空间。如果在内部空间有限的情况下，激进地增加电池容量，则会比较容易出现安全事故。图3：历代小米和三星GalaxyNote系列手机电池容量对比资料来源：电脑爱好者，研究所对于手机厂商而言，可以采用增大手机尺寸以增加手机电池容量。小米手机中，小米6和小米8，以及三星手机中的三星Note8和Note9，都

15、是通过增大手机尺寸以及牺牲手机厚度以放入更大容量的电池。事实上不仅是小米和三星，就连一向对手机外观有着极高追求的苹果在追求更持久的手机续航时候也采用类似的方式。但是这并不意味着手机可以无休止地增加电池容量，因为通过增大手机内部空间的同时，不仅手机的尺寸在增大，手机重量也在增加。iPhone小屏手机中，虽然iPhone11的电池容量已经达到3110毫安时，但是其重量也达到了194g，大屏手机就更是有过之而无不及，最新的iPhone11promax虽然对比iPhone8plus增加了近50%的电量，但是手机重量也增加了24g。手机的轻薄与便携性也大打折扣。表1：iphone小屏手机的尺寸与重量资料

16、来源：中关村在线、研究所表2：iphone大屏手机的尺寸与重量iphone8Plusiphonexsmaxiphone11promax发布时间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手机电量(mAh)267531743969资料来源：中关村在线、研究所总结：当前手机的电池续航已经能支持轻中度使用一天。但是，在5G时代，由于需要在单位时间内处理更多的数据或者实现万物互联等多种原因，手机的耗能将会增加，手机的续航能力将会再次面临挑战。手机厂商为增强手机续航能力也

17、采取向不同的方法。由于无法找到更具性价比的材料，仅通过调节电解液和正极材料无法快速地提升电池的能量密度。受制于手机内部空间以及手机重量，考虑到安全问题，手机电池容量也无法无休止地增加。为应对5G时代手机的能耗问题，手机厂商需要考虑通过其他方式以延长手机的续航能力，以增加自家品牌在市场上的竞争力。2、解决手机续航方法之一：快充2.1增强功率实现快速充电锂电池的充电分为三个阶段，分别是恒流预充电、大电流恒流充电与恒压充电。当电压低于3.0V时，充电器会采用100mA电流对锂电池进行预充电，这个过程叫恒流预充电阶段，目的是慢慢恢复过放电的锂电池，是一种保护措施来的。当锂电池电压高于3.0V时，就进入

18、到第二阶段，大电流恒流充电阶段。由于锂电池经过第一阶段的预充，其状态已经比较稳定了。在第二阶段，充电电流就可以适当提高，根据不同的电池来说，这个电流的大小可以从0.1C到几C不等，其中C是指电池容量，如2600mAh的锂电池，0.1C就是指260mA大小的电流。锂电池充电的最后一个阶段为恒压充电阶段，这个阶段就是检测到锂电池电压等于4.2V时，充电器则进入恒压充电模式，这个阶段充电电压恒定为4.2V，充电电流则越来越小。当充电电流小于100mA时，就判断电池充满，切断充电电路。图4：锂电池充电过程示意图资料来源：旺财锂电，研究所8快速充电是发生在第二阶段大电流恒流充电阶段。在第一阶段中，手机先

19、以小电流进行充电，直到电压恢复正常的水平。第一阶段发挥恢复性充电的作用。在第三阶段中，此时电池电压已经达到一定的数值时，手机的电量基本在90%左右，手机将保持电池电压不变，逐渐减少充电电流值。如果此时维持较大的充电电流，锂离子容易在电池负极附近堆积、长大成数枝状的晶体，俗称枝晶；枝晶长大后会刺破正负极之间的隔膜，形成短路。因此为了电池的安全，在充电的后半段充电电流会很小。所以，要实现快充只能在第二阶段。要实现快速充电就必须提高充电的功率，根据物理学公式，功率=电压电流，提升充电功率有三种方式：电流不变，提升电压；电压不变，提高电流；电压、电流两者都提高。1、高电压恒定电流模式：一般手机的充电过

20、程是，先将220V电压降至5V充电器电压，5V充电器电压再降到4.2V电池电压。整个充电过程中，如果增大电压，产生热能，所以充电时，充电器会发热，手机也会发热。而且这样功耗越大，对电池损害也是越大的。2、低电压高电流模式：在电压一定的情况下，增加电流，可以使用并联电路的方式进行分流，恒定电压下，进行并联分流之后每个电路所分担的压力越小，在手机中也进行同样处理的话，这个每条电路所承受的压力也就越小。3、高电压高电流模式：这种方式同时增大电流与电压，这种方式是增大功率最好的办法，但增大电压的同时会产生更多的热能，这样其中所消耗的能量也是越多，并且电压与电流不是无限制的随意增大。目前市面上主流的快充

21、技术：1、高通QuickCharge(QC充电技术)目前高通以及推出了QC4.0快充技术。高通QuickCharge1.0技术最高支持10W的充电功率。按照10W的充电功率，手机的充电时间还是比较长的。在QC1.0的基础上，高通开发出QC2.0技术。在QuickChargev2.0中，设计了两种方案，即A类和B类。A类可以提供输出5V、9V、12V三种电压。通过提高电压的方式，让电源适配器能够提供更多的电量给到手机终端。根据高通给出的数据，QuickCharge2.0A级标准规定的最大充电电流为2A，因此，QC2.0最高可以实现24W的充电功率。但是QC2.0在实践过程中存在一些问题，例如发热

22、。QC2.0在以9V/12V电压快充时，电池两端电压与DC/DC转换电路的输入输出电压差值较大，因而功耗比较严重从而带来了手机发热的问题。因此高通开发出QC3.0技术。QC3.0则支持3.6v-12V的波动电压，在2A电流下可以支持24W的功率，若采用3A电流，则可以提供36W的功率。QC3.0最大的改进，则是将“固定电压”管理机制替换为“INOV（最佳电压协商）”允许输入电压从3.6V起步，以0.2V为单位，结合实时的电池温度、转换效率、电量等因素进行微调，并在允许的输入电压范围内逐步提升或降低，改进了QC2.0时代的“非一即二”简单选择。在“INOV”管理机制的帮助下，QC3.0可大大降低

23、DC/DC转换电路的损耗，从而缓解快充时的发热问题。根据高通的数据显示，QC3.0充电效率比QC1.09提高1倍，比QC2.0的提高了38%，是普通充电技术的4倍，充电速度提升27%，发热降低45%。能在大约35分钟内将一部典型的手机从零电量充电到80%图5：QC3.0快充资料来源：TOP数码网，研究所2016年，高通发布QC4.0技术。QC4.0再次提升功率至28W，并且加入USBPD支持。取消了12V电压档，5V最大可输出5.6A，9V最大可输出3A，并且电压档继续细分以20mV为一档。QC4.0相较QC3.0，新增了一项名为DualCharge的技术，使充电速度可提升20%，效率则能提升30%。此外，QC4.0还对“INOV”算法进行了优化，能更准确地测量电压、电流和温度的同时，保护电池、系统、线缆和连接器。防止电池过度充电，并在每个充电周期调节电流。图6：高通QC快充技术的进步路线资料来源：传感器技术，研究所2、OPPOVOOC充电技术OPPO的VOOC充电技术最早诞生于2014年，VOOC选择的是保持电压不变，通过加大电流的方式提升充电速度。OPPO在VOOC充电技术平台的基础上，开发出SuperVOOC充10电技术。Su