手機現(xiàn)在都是一體電池，那現(xiàn)在的電池和以前的有什么區(qū)別？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-03-30 09:01
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如今的手機外觀是越來越好看，功能也是越來越多，僅僅靠著一個手機我們就可以走遍天下，你如果迷路了手機里有導航地圖給你指引方向；你如果餓了的話可以通過那些軟件來訂購外賣；如果想回家了的話只需要在手機的那些購票的APP上面買，你如果無聊了可以看看新聞看看視頻刷刷微博啊、微信什么的。所以手機已經(jīng)成為我們生活中不可缺少的一部分，有人把手機比喻成我們的左膀右臂。確實，跟手機待在一起的時間甚至比家人還多。
就是因為這樣在這個社會中才出現(xiàn)了那么多的低頭族，人們開始變得不愛交流了，更多的交流都寄托在文字上面。小編想說，即使手機再好玩，我們有時候也應(yīng)該適當?shù)姆畔率謾C，多看看外面的世界，多陪陪家人，因為手機的種類千千萬，家人就只有家人，他們遠遠比手機重要的多。言歸正傳，今天我們主要來講講，為什么手機的發(fā)展如此迅速，而電池卻一直是原來那樣？
我們的智能手機一天至少要充一次電，有些人甚至得充幾次才可以?？墒悄靡郧暗哪切┦謾C和現(xiàn)在的手機相比較，有時候現(xiàn)在的手機電池還比以前的不耐用。比如小編的父親以前拿的是諾基亞的手機，它甚至可以幾天都不充電還可以用，可能有些人會說，以前的餓手機是因為不經(jīng)常玩，跟現(xiàn)在不同，那么時間已經(jīng)過去了這么久，該進化的確實得需要進化吧？手機的功能再多、發(fā)明的再好只要手機沒電了，它照樣成為一個“磚頭”。
就比如說鋼鐵俠吧，即使他再厲害，再炫酷，只要他胸前的電池沒有電的話他就會飛不起來，失去一定的戰(zhàn)斗力；再比如，奧特曼，即使他打怪獸再厲害，只要他胸前的燈沒電了，那也是白搭。所以電池是非常重要的一部分，不知道什么時候我們地球上才會出現(xiàn)無線的電量，就是不用充電也有電的那種。不然手機變的再薄再小巧也沒有用，因為即使這樣你還是得帶著那些笨重的充電寶出門。不過現(xiàn)在還好，大街上都出現(xiàn)了一些共享充電寶供給大家使用。
因為這些很多人就會吐槽那些研究電池的人，吐槽他們每天都在干些什么？拿著工資不好好工作，研究了那么久電池還是沒進步等這些說法。其實大家都誤會了。那些研究電池的人已經(jīng)很努力了，而且電池也不是一直在原地踏步，它確實是有在進步。比如鋰電池，在10年以前它的容量是2.6AH，而在看看現(xiàn)在，它已經(jīng)發(fā)展到3,6AH了，因為提升的不多，所以人們可能也感覺不到，所以就會覺得電池一直沒有發(fā)展。
那問題來了，為什么電池容量提升會這么慢？其實這是由電池的工作原理來決定的。還是鋰電池，電池中包含的鋰離子越多，而它得到的電子就越多，所以電池的容量就會越大。所以只有通過增大正極的體積以此來增加鋰離子的含量，而這就要增大電池的體積了。如果光增大正極的體積而不增大電池的體積，那么正負極就會離得太近而產(chǎn)生短路或者燃燒。
在生活中手機充電過程中爆炸的次數(shù)很多，我們至少會從網(wǎng)上看過這些新聞。而要提高電池的容量只能尋找新的材料，但是價格的話也會是一個非常大的問題。從目前的情形來看，手機電池的發(fā)展速度確實緩慢。所以小編建議大家出門記得帶充電寶哦。
外力作用，造成電池機械結(jié)構(gòu)的破壞，進而發(fā)生熱失控甚至燃爆事故，這是電動汽車作為道路車輛遇到交通事故時，有可能發(fā)生的情形。MIT研究人員針對碰撞過程中鋰電池在大中小尺度下發(fā)生的變化進行梳理，論文《A review of safety-focused mechanical modeling of commercial lithium-ion batteries》于2017年12月發(fā)表在電源雜志上，作者Juner Zhu等。
1介紹：多尺度下LIBs力學性能的研究
2017年推出的Chevy Bolt和特斯拉Model 3標志著汽車行業(yè)的新紀元。兩輛車一次充電的距離超過200英里，并且擁有一個普通人也能負擔的起的價位。根據(jù)瑞士聯(lián)合銀行的綜合報告，汽油機和電動汽車的成本齊平的時間，將比原先預期的提前2 - 3年。這一趨勢主要歸因于鋰離子電池在能量容量和電池組價格幾個方面的成本同時下降帶來的進步。
預計特斯拉Model 3的年產(chǎn)量將達到50萬輛，通用汽車的Bolt產(chǎn)量稍遜于特斯拉。全新的日產(chǎn)Leaf續(xù)航達到150 - 200英里范圍，將在2018年上市?？傊珽V的總存量，已經(jīng)在2016年越過百萬臺，現(xiàn)在又到達了一個質(zhì)變的新起點上。國際能源署預測，到2025年，全球道路上將會有多達1億輛汽車。數(shù)量如此之大，統(tǒng)計規(guī)律必然會發(fā)揮作用，電動汽車將會遇到與傳統(tǒng)燃油車一樣的事故率。必須回答的問題是，電動汽車將遇到哪些燃油車沒有的新問題？
圖1. LIBs的力學性能研究涉及多個尺度和學科，并且已經(jīng)提出了各種模型來表征LIB在每個長度尺度下的力學行為。
人們普遍認識到，如果電池組在事故中撕裂或損壞，則可能存在電池熱失控，火災(zāi)和爆炸。有幾起事故，幾乎可以說是廣為人知。特斯拉Model S型車在撞上障礙物后起火，說明駕駛電動汽車確實存在額外的危險。隨著鋰離子電池和電池組容量的不斷增加，在車禍中能夠短時間釋放出更多能量，使得事故的危險性也在增加。汽車行業(yè)，電池制造商，監(jiān)管機構(gòu)比如美國的NHTSA、德國的BAM以及保險業(yè)，應(yīng)該準備好應(yīng)對這一突出問題。
本文意在回顧碰撞事件中，電池承受機械負荷這個問題的研究進展。雖然有關(guān)電池電化學和熱管理研究已經(jīng)比較多，但由于機械負荷導致的電池響應(yīng)和失效問題的研究卻遠遠落后于當前的需要。在此之前，安全問題，主要是通過媒體曝光，進入大眾視野，帶來社會影響，但主要還是停留在談資的階段。在短期即將到來的未來，安全問題則已經(jīng)實實在在的影響到社會經(jīng)濟和個人生活的層面，鋰離子電池的碰撞安全應(yīng)該得到適當?shù)年P(guān)注。
預防熱過熱和電池電過充電等的安全問題相關(guān)文獻比較多，而本文回顧的重點放在剛性物體侵入電池單元，模塊和電池組。電池組通常放置在汽車最不易變形的部位。但機械負荷仍然可能在碰撞事故中傳導至電池包，尤其是在側(cè)面碰撞，道路碎片沖擊和小重疊碰撞測試中。由于碰撞期間的減速帶來的沖擊力，外部絕緣也可能損壞。這些類型的故障模式非常依賴于設(shè)計，電氣系統(tǒng)設(shè)計更有責任考慮處理相關(guān)情況，而機械部分反而次之。
電池安全性的研究涉及多尺度。因此，本文分為三部分，分別討論在特定尺度前提下，電池的安全問題，并在此基礎(chǔ)上，說明進一步研究的方向。文章以簡單易懂的表格形式介紹了過去十年研究的主要發(fā)現(xiàn)，其中包括不同形狀商業(yè)化電池的典型參數(shù)，不同類型電芯賦予不同“形狀因子”。重點回顧的文獻，主要具備兩個方面的特征，首先，文獻需要解釋電芯破壞和失效的具體過程和原理，形成短路和熱失控的主要影響因素有哪些；其次，是涉及計算機仿真模型的，詳細闡述了哪些測試參數(shù)需要考慮到有限元仿真模型計算中去。
2 第一部分：微尺度和中尺度：電池組元件的本構(gòu)模型
目前市場上商用鋰離子電池的卷繞式電芯（或電極堆）是一種多層結(jié)構(gòu)（見圖2a），一個可重復的單元由一個陰極，一個陽極和一個兩層隔膜組成。
表格1
陰極集電極由鋁箔制成，其兩側(cè)由活性材料和粘合劑涂覆。同樣，陽極由涂有石墨（或硅）顆粒的銅箔構(gòu)成。所有組件浸入電解質(zhì)中，并用鋁塑膜或鋼殼包裹。不同電池制造商，各部件的化學成分和材料可能會有所不同，但這種可重復部件的基本結(jié)構(gòu)幾乎完全相同。圖2（ b）- （ c）顯示了NMC（鎳 - 錳 - 鈷）陰極，石墨陽極和微孔聚丙烯隔膜的商用鋰離子電池組件的交叉部分。表格1定性描述每個部件的機械特性。在本節(jié)的其余部分中，將詳細介紹所有組件的機械特性。
術(shù)語“形狀因子”區(qū)分軟包電芯，方形電芯，橢圓形電芯和圓柱形電芯。軟包電池的尺寸可以從手機中的小電池到EV應(yīng)用的大型二次電池。例如在特斯拉model S型中使用的最常見的圓柱形電池18650的直徑為18毫米，長度為65毫米。特斯拉model3使用更大的圓柱體，2170單元。因此，電芯的大小不是“微”的。微尺度和中尺度標題，是針對涂層和隔膜的單個組件和復雜結(jié)構(gòu)的厚度非常小。
2.1 集電極
商用鋰離子電池的集電器是金屬箔-用于陰極的鋁和用于陽極的銅。該箔片的厚度為約10 - 25μm。銅箔通常比鋁箔稍薄。這兩種材料都表現(xiàn)出典型的金屬材料的彈塑性力學性能。表2中給出鋁和銅的彈性模量E和泊松比ν，塑性特性由各向異性和硬化曲線的系數(shù)定義。
圖2.（a）鋰離子電池的可重復單元（RVE）和組分的橫截面；（b）NMC陰極；（c）石墨陽極和；（d）聚丙烯隔膜（微孔聚丙烯）。
表2，彈塑性參數(shù)集電體箔和18650電芯鋼外殼體
2.1.1 塑性各向異性
在制造過程中，薄金屬箔會經(jīng)歷多次滾壓操作，從而在材料中引入一定量的塑性各向異性。有兩個概念來量化該屬性，第一個是屈服應(yīng)力在不同方向上的比率，這表明材料強度的各向異性。根據(jù)集電體現(xiàn)有拉伸測試結(jié)果 ，在機器方向（MD，0°），垂直方向（TD，90°），和對角方向（DD，45°），屈服應(yīng)力的差異幾乎可以忽略不計（見圖 3a）。
描述薄板塑性流各向異性的第二個概念是通過Lankford r值來定義的，該r值被定義為：
其中，ε p和ε p是當樣品分別以x 1方向加載時，橫向塑性張力和貫通厚度塑性應(yīng)力。
材料在塑性變形過程中是不可壓縮的。為了在拉伸測試中使材料變形，樣品的寬度或厚度必須改變。物理上，Lankford參數(shù)告訴我們這兩個變形之間的比率是多少。對于各向同性材料，寬度和厚度的應(yīng)變分布是相同的，并且rL = 1。蘭克福德r值的確定需要一個完整的全范圍的應(yīng)力測量，這通常使用數(shù)字圖像相關(guān)（DIC）方法完成。圖 3c顯示了狗骨樣本上的斑點圖，和張量計上的虛擬十字形。圖3b繪出了ε22-ε33 中相同的鋁箔在三個方向的曲線，是商業(yè)化電池集電器，與圖3 A中一樣，用作商業(yè)LIB的集電體。這種材料的r值結(jié)果是0.2（MD），1.5（DD）和1.1（TD），這表明存在非常明顯的各向異性（見表2）。
綜上所述，集電器金屬箔的現(xiàn)有測試數(shù)據(jù)表明，它們在材料強度上幾乎是各向同性的，但對于彈塑性流而言具有高度各向異性。僅根據(jù)應(yīng)力 - 應(yīng)變曲線對各向異性進行描述，忽略r值可大大影響塑性應(yīng)變分布，這種描述是不夠的。還應(yīng)該指出的是，精確測量應(yīng)力 - 應(yīng)變曲線和蘭克福德r值需要測試裝置的精巧設(shè)計。最大的挑戰(zhàn)是如何對準試樣而不引起邊緣斷裂，起皺和屈曲，這對于薄膜（大長度/厚度比）是非常常見的。克服這種困難的方法之一是微觀測試，為此，試樣的長度和寬度被設(shè)計為與厚度相同的數(shù)量級。圖 3d顯示了用于電池研究的微測試的加載裝置。
