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锂离子电池知多少,关于锂离子电池的这些事你知道吗?

来源:锂离子电池厂家?编辑:admin??发布时间:2020-03-19 14:33:05??阅读数:

改变世界的锂离子电池获得诺贝尔化学奖是众望所归。锂离子电池现在已经深入到了生活中的方方面面,它让电子设备更加轻量、续航更加持久,比如你现在能用手机看到这篇文章就离不开锂离子电池。

锂离子电池原理

说到锂离子电池,现在大家的生活已然离不开它,相信大家对于它的原理、历史之类的都比较熟悉了,今天咱们剑走偏锋,来给大家聊一聊锂离子电池鲜为人知的一面。

锂电池?锂离子电池?聚合物锂电池?

可能有些朋友已经注意到了,前面大家说的一直都是“锂离子电池”,但平时大家应该有听到过锂电池、锂离子电池、锂聚合物电池等各种各样的名词,并且被这些名词搞的七荤八素的。加下来咱们就来捋一捋。

其实锂电池的概念很混乱,没有一个很统一的说法,姑且看一下国标(其实是推荐性国家标准)里面是怎么说的吧。《电工术语原电池和蓄电池》(GB/T 2900.41-2008)中把锂电池定义为“含非水电解质,负极为锂或含锂的电池”,可以是原电池也可以是蓄电池。这个范围就很宽泛,只要负极含锂,电解质是非水的就行。平时更多的是把负极是金属锂的一次电池叫做锂电池,也叫锂原电池,这类电池是不能充电的,代表性的有锂-二氧化锰电池、锂-氟化碳电池、锂-亚硫酰氯电池。

锂原电池

"锂离子电池则是为了与锂电池相区别而发明出来的一个词语。"前索尼高级实行副总裁兼首席技术官西美绪(Yoshio Nishi)说明说,负极的锂碳化合物中的“锂”是以离子的形式存在的,而正极的LiCoO2是离子化合物,锂也是以离子形式存在的,电池中没有金属锂的存在,因此叫做“锂离子电池”,得了诺奖的就是它。显然,锂离子电池是可充电电池。

满电态的负极,金色的是LiC6,锂并没有以金属单质的形式存在,将锂离子电池充好电后拆解,图中是在手套箱中操作,千万别自己拆解充好电的锂离子电池,LiC6在空气中会自燃,也最好别自己更换手机电池,有可能操作不当把电池划破了,搞不好会起火爆炸。

所以当你以后听到有人说锂电池得了诺奖,或者说手机上用的是锂电池的时候,你大可以礼貌而不失微笑地指出:那不是锂电池,是锂离子电池( lithium-ion batteries)。装B之后飘然而去,深藏功与名!

至于锂聚合物电池,其实就是锂离子电池,也叫聚合物锂离子电池。和传统的锂离子电池相比,不一样的地方在于它的外壳是铝塑膜,然后就没啥大的差别了。换个壳就可以改个高大上的名字,真让人头疼。所谓铝塑膜,就是两层聚丙烯之间夹着一层铝箔,铝箔是用来防止空气中的水透过聚丙烯进入电池内部的,用铝塑膜做外壳的好处就是可以减轻电池的重量。

聚合物锂离子电池(也叫软包电池)

还有种“凝胶聚合物锂离子电池”,它用的电解质比较特殊,像一般的锂离子电池用的电解液是液态的,而它用的是凝胶态的,emmm,从吃货的角度来说,就和果冻一样的。

锂离子电池的容量与能量

现在的手机屏幕是越做越大,相应的耗电量也增加了。所以,在不影响外观的情况下,手机电池的容量也就成了一个很重要的选购指标,毕竟谁也不想用着手机的同时还拖着长长的充电线吧。

手机有什么玩的

大家知道一般锂电池厂家衡量手机电池容量的单位是mAh,高中常识告诉大家,这是电量的单位,还需要乘上个电压才是能量的单位。

电池容量计算方法:

电池容量计算方法

电池能量计算方法:

电池能量计算方法

等等,手机消耗的明明是能量,怎么用个电量的单位来衡量它?!这其实是因为在手机这类便携式电子设备中,为了减小电池的体积,锂离子电池的正极使用的都是钴酸锂,这种正极材料具有很高的压实密度。正因为手机电池的正极用的都是同一种材料,所以电池的电压都比较接近(理论上是3.7V,这个具体和不同电池生产商的工艺有关),再加上手机里面往往只有一块单体电池,只用容量其实就可以衡量电池储存能量的大小。

但是电脑上的电池却会同时标注电池的容量(电量)和能量。这是因为,电脑中不只有一块单体电池啊,里面有很多块电池串并联,形成了电池组,就不能用电池的容量来衡量了。高中常识告诉大家:同一型号的电池,电池并联后,电池组的电压不变,但会增加电池组的容量;电池串联,电池组的容量不变,但是会增加电池组的电压。

电池串联
电池串联 | 来源:batteryuniversity.com

所以,衡量电池的续航能力,还是看能量比较靠谱,自己动手算一算。

锂离子电池使用指北

曾经听有人说过,刚买回来的手机前几次使用的时候,要先充满电,再把电量耗尽,反复几次,说是此法才能将电池激活,电池的寿命会更长。

当听到这个说法的时候,我顿时就在风中凌乱了。这哪是让锂离子电池电池长寿,分明是让锂离子电池短命啊。如果把时间倒退个二十年,这个说法是没有很大问题的。因为那时使用的还是镍氢电池,它有所谓的“记忆效应”,就是电池放久了之后镍极板上的晶体会变得粗大,影响和电解液的接触,导致容量下降。进行几次完全的充放电能让晶粒细化,让容量部分恢复,这就是所谓的“激活”。

镍氢电池
镍氢电池 | 来源:Wikipedia

而现在手机早已经用上了锂离子电池。前面已经说了,锂离子电池是基于锂离子在插层化合物中嵌入脱出,并不存在着什么“记忆效应”。所以刚买来的手机,直接使用用就行,并且可以随用随充,不需要特定某一阶段充电。

又有人问,锂离子电池的循环寿命只有500次左右,那么要怎样才能让锂离子电池寿命延长?

锂离子电池的循环寿命一般是定义为:锂离子电池进行深度充放电时,其容量能保持在80%以上的循环次数。从这儿可以看出两个关键词:深度充放电和80%。深度充放电容易破坏锂离子电池中的微观结构,使得容量降低。但是大家的手机有保护机制,是没法对电池进行深度充放电的,那得要用电池厂的专门设备才行;其次,锂离子电池的容量在80%以下并不是说它不能用,只是会让用户觉得电池不耐用了。

如果锂离子电池在工厂测试时的寿命有500次,那么大家平时使用的寿命肯定是要大于500次的。因为大家平时正常使用做不到对电池深度充放电,电池容量衰减没那么利害。至于如何让锂离子电池更长寿,大家所能做的就是别对电池深度充放电,也就是要对锂离子电池浅充浅放:没充满电就用,没放完电就充。但这样子做实在是影响玩手机的乐趣啊,所以有个更折衷的方案:手机充满电后再使用,还剩20%的电的时候就充电,别等到手机自动关机了才去充电。为啥是20%?不知道大家有没有这样的经历,在大家玩游戏正在团战的时候,突然跳出电量低于20%,遇到这种情况本人是十分崩溃的,那么遇到这种情况基本上玩家也就“死”了,还不赶紧去给手机充电。


手机电量恐惧症

其实在大多数时候,大家使用手机的那些不良习惯工程师们早就考虑到了,大可不用自己瞎操心,正常使用就好。手机电池正常使用两三年还是扛得住的,两三年到了,手机其实也差不多该换了。

参考资料

[1] https://cen.acs.org/people/nobel-prize/Who-will-win-the-2019-Nobel-Prize-in-Chemistry/97/web/2019/10

[2] Nishi Y. The development of lithium ion secondary batteries[J]. Chemical Record, 2001, 1(1): 406-413.

[3] https://batteryuniversity.com/index.php/learn/archive/memory_myth_or_fact

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锂离子电池

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