⼿机电池为何越⽤越不耐⽤

作者: 原创

来源: 中科院物理所

发布日期: 2023-08-20 12:25:59

⼿机电池为何越⽤越不耐⽤,主要原因包括电池技术的早期发展、镍镉电池的记忆效应、锂电池的崛起及其安全性和容量问题。锂离⼦电池的出现虽然提高了能量密度和便携性,但也带来了新的挑战,如过度充放电导致的寿命衰减。

⼩编在摸⻥把玩⼿机时,发现⼩编的⼿机电量转瞬即逝,这让我不得不感慨⼀声,转身寻找充电器了。为什么我们的⼿机越来越不经⽤呢?这还得从我们的电池说起。

1973年,世界上第⼀部⼿机在摩托罗拉实验室诞⽣。这⼀款⼿机⾮常笨重,但是得益于⼿机内置的镍镉电池,这部⼿机能够脱离繁杂的电⼦线路,实现实时的移动通话。镍镉电池作为第⼀个内置在⼿机的电池,本身较为笨重。镍镉电池的容量低,⽽且含有毒害性较强的镉,不利于⽣态环境的保护。并且镍镉电池还具有⾮常明显的记忆效应。

1990年,⽇本索尼公司最早研发出镍氢电池。相⽐于它的⽼前辈,镍氢电池不仅能够做的更加轻薄、容量也得到有效提升。镍氢电池的出现使⼿机变得更为便携,⼿机也能够⽀撑更⻓时间的通话。但是镍氢电池仍然存在记忆效应,这也是上⼀代的⼿机需要完全放电后再充电的原因。

⾦属锂于⼗九世纪被发现。由于锂具有相对较低的密度、较⾼的容量以及相对较低的电势,因此作为原电池有得天独厚的优势。但是,锂是⾮常活泼的碱⾦属元素,导致⾦属锂的保存、使⽤或是加⼯对环境要求⾮常⾼。

1980年前后,任教于英国⽜津⼤学的约翰·班尼斯特·古迪纳夫等⼈发现了能够容纳锂离⼦的化合物钴酸锂。钴酸锂相⽐于当时其他各类正极材料都具有更⾼的电势。这使得采⽤钴酸锂作为正极的锂电池能够提供更⾼电压,具有更⾼的电池容量。

1982年,就职于⽇本旭化成公司的吉野·彰采⽤钴酸锂作为正极,聚⼄炔作为负极构建了锂离⼦电池的样品。但是,钴酸锂电池仍然存在许多问题。电池的负极聚⼄炔的能量密度低,并且稳定性也较低。

锂离⼦电池的出现彻底改变了我们的⽣活⽅式。与镍镉电池和镍氢电池相⽐,锂离⼦电池的能量密度更⾼,相同电池容量的锂离⼦电池更为便携,能够⽀撑集成丰富功能的智能⼿机的⾼功耗。

镍镉电池的伤痛——记忆效应对于镍铬电池⽽⾔,烧结制备的镍铬电池的负极镉的晶粒较粗,当镍铬电池⻓期不彻底充电、放电,镉晶粒容易发⽣聚集,集合成块。此时,电池放电时形成次级放电平台。电池会以这⼀次级放电平台作为电池放电的终点,电池的容量变低。

钴酸锂拥有较⾼的理论电容量,但是我们在使⽤过程中钴酸锂的实际容量远达不到理论容量。因为我们在对锂离⼦电池进⾏超过了这个容量后的充放电后,钴酸锂就会发⽣不可逆充放电过程,也就是我们常说的电池过充电或过放电。

在平时遇到⼿机过热或者温度极低的情况下,不要对⼿机充电。当⼿机过热时,在⾼温条件下给锂离⼦电池充电,也会使锂离⼦电池的正负极结构改变,从⽽导致电池容量不可逆的衰减。

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