1、获取报告请登录。1、电池技术瓶颈与手机功耗提升的矛 盾1.1.手机电池技术发展停滞不前回顾手机电池的发展史，1973年，摩托罗拉生产了全球第一部手机Dyna TAC 8000X,手机重达1.81斤，其中电池是最大的组成部分，由六节圆柱体像 铭 电池组成，体积和重量占到了整个手机的一半，但是提供的通话时长仅为半 小 时，所需的充电时间则需要十个小时。银镉电池有容量低、寿命短等缺点，此外还具有严重的记忆效应，电池需 要使 用至完全没电才能进行充电，直到充满电才能继续使用，不然就会使得电池容 量快速下降，由于种种缺点，也限制了手机的发展，急需新的电池技术。1983年，手机电池实现了首次的更新换代，银
2、氢电池出现，相对于银铭电池 在电池容量上有明显的提升，电池密度的增大，也使得电池体积可以大幅度 减 小，这一改变也使得手机更具便携性，摩托罗拉在1996年推出了搭载银氢电 池的StarTAC手机具备更加便携的外形。在90年代初期，索尼研发的锂电池正式投入商用，但是由于初期锂电池价 格 高昂，且技术还较为不成熟，相比像氢电池的优势不明显，因此没有得到大范 围的普及，但是到了 90年代末期，随着材料技术以及制造技术的进步，锂电 池在容量提升的同时成本也持续下降，逐渐得到了市场的青睐，便携式设备也 进入了锂电池时代。图表6: iPhone中锂电池资料来源：手机315网，东方财富证券研究所如今，距离锂
3、电池发明已经有近五十年，但是锂电池的技术在近些年来已 经达 到了一个瓶颈期，能量密度已经接近其物理极限。1. 2.手机性能提升随之带来功耗增长随着智能手机功能的增加，手机的耗电量也持续上升，这对电池的续航能力造 成了比较大的压力。其中手机耗电主要部件为CPU/GPU,屏幕、蜂窝/WIFI/数 据、sensor/BT/GPS等几个部分。智能手机屏幕作为内容输出以及人机交互的主要窗口，占据了整机功耗的最大 部分，主要耗电部分为背光灯、触控传感器，特别是随着屏幕像素以及屏 幕亮 度的提升，其耗电量也是逐年增长。屏幕高分辨率带来的高耗能主要源于GPlJ 对成倍提升的像素点的计算量的增加。图表8:分群率
4、提升耗电过程加大背光功率保分辨率升高像素开口率阐氐L 背光效率更低一证屏幕亮度和色 J I J I J J 域 一资料来源：CSDM 东方财富证券研克所例如当屏幕以2560X1440 (577ppi)的分辨率运行时屏幕功耗为10. 247肌 相 比1280X720 (144ppi)分辨率功耗高出87. 3%o图表9:不同分辨率下屏幕功耗(M) UOAdEnSUOUMod12108f Power Consumption3565144ppi 289ppi 433ppi 577ppiDisplay Density资料来源：CSDN.东方财富证券研究所此外随着手机的更新屏幕耗电量也逐代提升，比较iPh
5、one 6 plus以及三星 S7在最大显示亮度下屏幕功耗分别达到了 L52W和L 45肌iPhone 6相较 于iPhone 5功耗高出44. 59%,三星S7相较于上一代三星S6功耗高 20. 83%o图表10:不同机型屏幕功耗对比机型及最大亮度功耗（i Phone 5556cd/ma74i Phone 6558cd/m3107i Phone 6 Plus558cd/mJ152三星 Ga laxyS6348cd/rrr12C三星 GalaXyS7414cdm314f资料来源：ZOLt东方财富证券研究所随着手机功能的丰富，对于手机CPU的性能要求也逐渐提升，虽然手机芯片 跟随着摩尔定律的发展
6、从最初的单核IGHz的主频，发展至后来的双核、四 核、六核甚至十核，不少CPU厂商通过简单粗暴的增加核心数来提升手机性 能，但是随之而来也带来了 CPU功耗的提升。从苹果A系列芯片来看，新款A12芯片平均大核功耗为3.96w高于AlO芯 片平均功耗3. 68w；华为麒麟980平均大核功耗为1. 85w高于麒麟810的平 均功耗1. 12w；高通骁龙855芯片平均功耗为L95w高于骁龙835以及 845的L40w和1. 70wo由此可以看到，随着CPU的更新换代，也将带来 CPU功耗的提升。手机通信制式的提升也会带来相应的功耗增长，以最新的5G手机为例，5G手 机相对于3G、4G手机内部采用了
7、 Massive MIMO （大规模多入多出）天线技 术，需要在手机内置至少8根天线，每根天线都需要配备功率放大器，这就会 产生比较大的功耗，此外，在5G发展初期，整体网络覆盖率较低的情况下， 如 果使用5G网络，会出现手机频繁搜索信号的情况，搜索信号本身就会加速 电量的消耗。根据小米集团中国区总裁卢伟冰的表述，如果5G旗舰手机5G网络全开，功 耗将会高于4G手机约20%图表12: 5G通信中的MaSSiVe IIlMO天线技术2*2 MlMO44 MIMOSASE STATIONBASE STATIONIaS MASSIVf MIMO*IA MASSIVf MiMOBASf STATIONS
8、 X s SSKSM BASf STATION资料来通：githubt东方财富证不研竟所除了通讯功能外，可以连接手机的可穿戴设备数量增多，需要手机保持蓝牙的 开启状态，也需要消耗电量；还有导航以及健身等应用软件需要频繁调用GPS 支持，这部分来自于GPS芯片的计算工作和加速剂陀螺仪等的支持工作功耗 大概在50mW左右。2.快充成为解决电量焦虑的方法之一2.L快充技术通过增大电流或电压实现随着使用手机的时长不断增长，在保持手机轻薄的前提下，如何最大化增强手 机的续航成为各家厂商思考的问题。其中一种方式就是加快手机的充电速度。快充的实现方法是通过调整手机充电时的电压和电流值，从而缩短手机的充电 时
9、间，目前主流的快充方法分为三种：提高充电电压、增长充电电流、或 者是 在提高电压的同时增大电流。形象的来表示快充技术，可以通过下图中，将水压代表电压，水流代表电流， 水库来表示为电池，提高电压类比为提高水位差来增加水流速度，让水可以更 快的从大水库流进小水库，增大电流则等效于增大水库间的水管宽度，通 过的 水变多加速小水库注满，使用以上任意一个或者两种方式结合都可以达到快充 的效果。低电压大电流:AB通过增大流径,让单位时间里有更多水从超水位水池流向低水位水池高电压小电流:通过增大压强省，Mrt夬流速，让单位时间里当更多水从高水位水池流向低水位水池资料来源：OPPO.东方财富证券研究所2. 2
10、充电器产业链有线充电器即为市面上需要电源线连接设备的充电器，用来对智能终端来 进行 充电，主要技术原理是利用电力电子器件将交流电转换为可以对锂电池进 行充 电的直流电。有线充电器广泛应用于消费电子中智能手机、平板电脑以及 笔记 本等常见的智能终端设备，充电功率通常为2. 5W-100W之间。有线充电器 主 要可以分为普通充电器以及快速充电器，普通充电器的价格相对比较便宜，但 是充电速度较慢，现在消费者越来越接受具备更快充电速度的快速充电器。有线充电器主要由塑料壳体、金属插脚、USB接口、PCB板、控制芯片、变压 器、MOS管、被动元件（电容、电阻、电感等）、辅材（如绝缘胶）等零部 件 或材料
11、组成。图表14:充电器拆解资料来源：奥海科技,东方财富证券研究所根据市场调研机构BCC Research于2018年8月发布的报告数据显示，2017年全球有线充电器市场规模为85.49亿美元，其中，普通充电器市场规 模68. 22亿美元，占比为79. 80%；快速充电器市场规模为17.27亿美元，占 比为 20. 20%o着地充电器亿飞冠） 快迷充电龄匕美无） niEs亿赞儿）资料来源：BCC Research,东方财富证券研究所目前市场上各大厂商都推出了各自的快充技术，较为主流的包括高通QC协 议，联发科PE协议，OPPO、VIVO的闪充，华为的快充技术等。2. 3.高通 Quick Cha
12、rge 技术 高通作为目前智能手机SoC领域市占率最高的品牌，高通很早就开始发展 开 售充电技术Quick Charge （Qe）,大部分使用高通骁龙处理的手机都使用QC 快充，三星旗下的Exynos处理器也支持QC快充规格。Qualcommquick charge4+资料来源：高通,东方财富证苏研究所高通最早是采用低电压高电流模式，通过将电流大小提升至2A来增强充 电功 率。但是受限于当时使用的Micro USB接口，2A已经达到了承受的电流上 限，随后高通转向发展高电压恒定电流模式，通过增强电压来提升充电功率。 直到Type C接口技术逐渐普及发展成熟，可以承受的电流上限提高，高电压 高电
13、流模式逐渐开始发展。目前高通的快充技术已经发展至QC4+版本，通过双通道充电、智能散热以及 升级的安全设计等技术实现最快15分钟充电50%的效果，其中双通道充电技 术是指通过两个电源管理芯片将电流分成两部分，并且让电流从比较低温的通 道来进行充电，这样一来在降低电池发热的同时还可以提升充电速度，QC4+版 本也兼容之前发布的QC4.0、QC3.0以及QC2.0快充技术，并且还可以应用在 移动电源、汽车等接口。Quick Charge 4+upto15%fasterupto30% more efficient2. 4. USB PDUSB PD (USB Power Delivery)是由USB
14、IF组织制定的一种快速充电规 范， USB-PD协议的充电器主要以Type-C输出，可以实现更高的电压和电流，输 送功率最高可以达到IOOw,并且可以自由的改变电力的输送方向。-M： m I rd IL 寸M4Z CMiOS 102030405060708090Source PDP Rati (PDP: USB PD PUSB Power Delivery Revision3.0, Versionl.2Revision2.0, Version 1.3资料来源：wikit东方财富证邦研究所USB-PD的使用装置没有限定，相机、平板电脑、笔记本电脑以及显示器等 产 品都能使用这种充电规格，充电中
15、装置和充电器之间会自动判断使用多大的电 流充电，如果不符合PD规范的充电装置，则会提供5V0. 5A的充电速率。另 外，高通在QC4.0之后就兼容了 USB-PD规格，支持QC4.0的快充设备也支 持USB-PD快充。 40W(10V4A) 30W( 10V3A)等快 充规格，最新的小米10 Pro便采用了单电池设计的50W快充规格。小米旗 下采用高通骁龙处理器的机型均对高通QC快充协议具有良好的支持，例如小 米10 Pro便支持QC4+和PD3. 0,而新发布的小米10青春版则支持全新的 Quick Charge 3+o图表25:小米快充Charge Turbomi50W疾速闪充45分钟充满
16、450OmAh许料来源：小来,东方财富证暴豺无所豆泉充弟图库3. 9. GaN在快充中大有可为GaN是第三代半导体材料，具备导通电阻小、损耗低以及能源转换效率高等优 点，能够在高温高电压的环境下运作，非常适合应用于高频高功率的元件中， 由GaN制成的充电器还可以做到较小的体积。随着GaN的制程技术逐渐成 熟、成本降低后，充电器产品也能够用上GaNo在2019年10月份，OPPO发布了 Reno Ace标配了 65W超级闪充的充电 器，其中就使用了 GaN技术，OPPO也成为了全球第一个在手机充电器中导入 GaN技术的厂商。在2020年2月，小米在其新品发布会上也推出了应用GaN技术的65W充
17、电器，极大地引起了市场的关注。图表26:已发布氯化再快充的手机厂商OPPO2019年1月65W,固定式插脚仅手机OPPO Rer2020年2月 65W. type-cf固定式插脚 手机、PC和游小米或机2020年4月65Wt IAIC,可折交插脚手机、平板和2/华为PC资料来涯：化合物半导体市场.东方财富证券研究所二I 二K7以小米65WGaN充电器为例，氮化钱技术的使用让充电器有了更高的效率，发 热更少，尤其重要的是在体积方面有了突破性进展，相比非氮化钱的65W充 电器体积减少了 40%o止匕外，充电器可以兼容市面上主流的设备，包括手机、 笔记本、平板电脑以及游戏机等，提供不同功率的输出，方
18、便消费者的日常使 用。图表27 : 65W小米快充、小来普充及草果充电否对比资料来源：写软.东方财富证券研宓所氮化钱产业链包括衬底、外延片以及器件制造等主要环节，市场上主流的氮化 钱生产厂商集中在欧洲以及日本等地区。GaN衬底主要由日本公司主导，日本住友电工市场份额达到90%以上；生产GaN外延片的厂商主要为比利时 EpiGaN、日本NTT-AT以及英国的IQE等；设计厂商以美国的EPC、NaVita 以及Macom为主；主要的代工厂包括台积电、稳懋为主，国内厂商三安集成市 场份额目前还较低等。采用IDM模式的公司包括日本住友电气、荷兰英飞凌、美国PI等公司，国 内公司英诺赛科拥有非常完善的8
19、英寸硅基氮化钱产业化平台，包括功率与射 频两条产品线。图衰28: GaN产业链衬底日本住友电气日本三菱化学IDM厂商外延比利时EPIGaN英国IQE日本NEAT设计制造 美国EPC 美国 DlaIOg 美国 NaVItaS 台积电 稳懋 三安集成 日本住友电气 荷兰英飞凌 美国Pl 中国英诺赛科说料来源：谷歌.东方时富证券研支所目前市场上可以提供氮化钱充电器中氮化像功率芯片的公司包括Power Integrations纳微半导体以及英诺赛科。Power Integrations的氮化钱技术 被应用于OPPO发布的SuperVOOC氮化线快速充电器中；小米氮化线充电器则 配备了纳微半导体的NV6
20、115 NV6117 GaNFast功率芯片；英诺赛科是国内硅 基 氮化钱厂商，虽然整体实力与国际先进水平还存在差距，但是公司采取IDM 模式，于2017年底建成了我国首条8英寸硅基氮化像功率器件的量产线， 未来 在工艺先进性、产品覆盖面以及产能布局上有具备一定优势，未来发展前 景值得期待。图表29: GaN功率芯片生产厂商一公司JSLfil-Power Integrations纳微半导体(WntaC英诺奏成立时间1988年2014 年公司注册地美国美国商业模式6英寸IDY6英寸 Fabless”品牌PowiGaNGaNFast量产客户数量50204典型客户成品 Q,资料来源：答歌.东方财富证
21、券研究所根据Yole报告，受益于5G建设、快充、汽车电子、消费电子等领域的需求 推动，GaN市场将在未来保持较快速度增长，其中增长最快的将是快充市场， 目前国内已经有较多厂商开始对GaN快充进行布局，未来随着消费者对GaN 充 电器的熟知，技术和销量提升带来成本的下降，GaN充电器有望成为手机的 标配产品，可能成为在消费电子领域中继TWS耳机的下一个爆款产品，预计到 2025年全球GaN快充市场将达到600亿元的规模。3.无线充电是解决电量焦虑的方法之二3. L无线充电的优劣势无线充电技术(WireleSS Charging Technology)是利用电磁感应或其他交流 感应原理来进行电力传
22、输的技术。无线充电相对于有线充电的优点主要为：第 一，传输和接收设备之间实现了电流隔离，在使用时安全性更高；第二、电力 的接收装置可以实现完全的封闭，可以更方便的实现完全防水；第三，可以省 去体积较大的连接器，实现接收设备的小型化，可以更好的应用于蓝牙耳机、 智能手表等可穿戴设备上；第四，省去了拔插连接器的动作，在充电时更加方 便。同时无线充电也存在着一定的劣势：第一、无线传输效率较低，通常的无 线充 电功率低于有线充电；充电工作距离较短，传输距离越远功率损耗越大，传输 效率越低。3. 2.无线充电技术路径可以实现无线充电的技术主要为四种：电磁感应、磁场共振、微波方式以及电 场耦合式，其中电磁
23、感应是目前应用最多的技术。电磁感应技术是市场上最为成熟的技术，原理是电流通过线圈时会产生磁 场， 对附近的线圈产生感应电动势进而产生电流，实现电能从传输端向接收端的转 移。WPC联盟的Qi标准以及PMA标准都是采用电磁感应式的方案，这种 方 式转化效率较高，但是传输距离较短仅为IOmm左右，此外对设备的放置位置 要求较高，充电过程需要对准线圈一对一进行。4. 3.无线充电市场持续增长随着无线充电技术的逐步发展与成熟，其应用范围从初期的电动牙刷、剃 须刀 逐步扩展至智能手表、智能手环、智能手机、平板电脑、笔记本电脑，甚 至电 动汽车领域。如今，无线充电器的应用领域正随着技术的发展进步而日益 广
24、泛。根据市场调研机构BCC Research于2018年8月发布的报告数据显示，2017年全球无线充电器市场规模为10.58亿美元，预计到2022年全球无线 充电器市场规模将达到15. 64亿美元，年复合增长率约为8. l%o无线充电行业已经形成完整的产业链，包括方案设计、芯片、线圈、磁性 材料 以及模组制造，其中方案设计以及芯片具备较高的技术壁垒，占据产业链价值 量约60%,主要被高通、TK博通等国外企业垄断所垄断，国内企业中兴 通 讯、信维通信以及全志科技等技术也在逐渐进步；线圈及磁性材料价值量占比 约为30%,国内企业信维通信、硕贝德、横店东磁等都具备较高的竞争力；模 组制造占比约为10%,技术含量较低，国内厂商包括立讯精密、欣旺达、德 赛 电池等。5. 重点企业（详见报告原文）5.1. 三安光电4. 2.信维通信（O东方财富）获取报告请登录。J
