我相信你已經(jīng)注意到，如果你的手機(jī)在用過(guò)一段時(shí)間之后，你們明顯感覺(jué)到手機(jī)電池的充電性能有明顯的不同。如果手機(jī)使用到足夠長(zhǎng)的時(shí)間，你手機(jī)可能一天都要充幾次電。你有沒(méi)有想過(guò)為什么？

 

像任何能量一樣，電力不是你能創(chuàng)造的東西。所有我們認(rèn)為“制造”電力的東西實(shí)際上只是將一種形式的能量轉(zhuǎn)化為另一種形式，而電池則使用化學(xué)反應(yīng)（能量）來(lái)建立可隨時(shí)間計(jì)量的電荷。我們的手機(jī)中，我們使用鋰基電池，因?yàn)樗鼈円院侠淼某杀咎峁w面的產(chǎn)出水平。

 

在手機(jī)電池內(nèi)部，您會(huì)發(fā)現(xiàn)三個(gè)對(duì)于我們所談?wù)摰膬?nèi)容非常重要的組件：負(fù)極（稱為陽(yáng)極，通常由石墨制成），正極（稱為陰極并由鋰和其他金屬）和電解質(zhì)溶液。這三塊材料的化學(xué)反應(yīng)在其基礎(chǔ)上很簡(jiǎn)單，也是為什么它們可以用來(lái)儲(chǔ)存能量。當(dāng)你充電時(shí)，來(lái)自充電器的鋰離子帶正電并被吸引到負(fù)極。當(dāng)您將電荷從電池中取出時(shí)，這些鋰離子將失去其正電荷并不再吸收負(fù)極。您將儲(chǔ)存的能量從已充電的電池中抽出的時(shí)間越長(zhǎng)，不再充電的鋰離子數(shù)量也會(huì)增加，直到剩下的鋰離子不足以產(chǎn)生任何輸出并且電池已耗盡。將其插入充電器將重置此循環(huán)。

 

“循環(huán)”在這里是一個(gè)重要的詞。由于電池設(shè)計(jì)用于存儲(chǔ)電量，因此很難將其使用壽命作為一個(gè)時(shí)間單位進(jìn)行測(cè)量。一個(gè)為你持續(xù)兩年的電池可能只有六個(gè)月的時(shí)間供其他人使用，因?yàn)樗鼈兊氖褂梅绞讲煌總€(gè)人使用手機(jī)耗電不一樣，充電不一樣。所以我們很難估計(jì)它們能持續(xù)多久，電池的壽命是通過(guò)充電周期來(lái)衡量的。手機(jī)電池通常設(shè)計(jì)為可持續(xù)大約500至600個(gè)周期，并且一個(gè)周期被定義為將完全耗盡的電池充電至100％，然后再次將其耗盡至零。對(duì)剩余電量為50％的電池充電，然后將電量回流至50％屬于部分循環(huán)，這就是為什么您會(huì)聽(tīng)到它建議在電池電量不足之前給電池充電。當(dāng)然，這種方式并不奏效，因?yàn)殡姵貙?shí)際上并不計(jì)算充電周期的數(shù)量。五百只是一個(gè)估計(jì)。

 

但是，由于當(dāng)您為電池充電時(shí)會(huì)發(fā)生什么，以及它如何影響未來(lái)的充電周期，可以存儲(chǔ)的能量以及存儲(chǔ)電荷的電壓（電壓的數(shù)量），因此預(yù)測(cè)電池循環(huán)壽命理論上是可行的。

 

氧化和效率

 

由于電動(dòng)汽車(chē)是一件真實(shí)的東西，而且他們使用的電池價(jià)格非常昂貴，因此有關(guān)鋰離子電池為何在使用壽命期間降解的研究已經(jīng)展開(kāi)。值得慶幸的是，這也適用于我們手機(jī)內(nèi)較便宜（但仍然很貴）的電池，這是因?yàn)槌潆娺^(guò)程中會(huì)發(fā)生化學(xué)變化。

 

 

我們知道，對(duì)電池充電可以使鋰離子充電，然后磁性吸引鋰離子（電是磁性的）。隨著越來(lái)越多的帶電離子被吸引，負(fù)極和正極之間的電位差增大。這就是測(cè)量電壓的方法 – 兩個(gè)電極之間的勢(shì)能差異。一旦達(dá)到特定讀數(shù)，電池將被視為充滿電。在放電時(shí)，情況正好相反，電位差減小到零，因?yàn)樨?fù)電極上不再有正電荷的離子。但是這并不意味著負(fù)極是干凈的，就像在你開(kāi)始之前一樣。

 

電極氧化。與水和空氣一樣，鐵會(huì)生銹（這是氧化來(lái)自的地方），鋰，石墨和電解質(zhì)鹽會(huì)導(dǎo)致電極氧化。當(dāng)每個(gè)帶正電荷的離子從電池的陽(yáng)極上剝離時(shí)，微觀層的粒子留下并且已經(jīng)化學(xué)結(jié)合到石墨陽(yáng)極。這些顆粒由氧化鋰（與氧結(jié)合的鋰）原子和碳酸鋰（與碳鍵合的鋰）原子制成，兩者都不具有與石墨相同的化學(xué)或電學(xué)性質(zhì)。該層干擾充電/放電循環(huán)，并且電位差（電壓）和可以被吸引的帶電離子的數(shù)量都改變，并且最終這些改變足以注意到。

 

充電電池本質(zhì)上改變了電極的組成，并影響將來(lái)充電的方式。

 

不同類型的鋰組合物以及電解質(zhì)溶液中使用的不同鹽會(huì)影響這些沉積物留在電極上的多少，但是制造更清潔循環(huán)的材料不一定是最好的，因?yàn)樗麄儫o(wú)法提供盡可能多的儲(chǔ)存能量。我們希望手機(jī)中使用高容量，低功耗的電池，因?yàn)樗鼈儽雀吖β孰姵馗踩杀靖?，我們希望它們能夠盡可能長(zhǎng)時(shí)間地為我們的手機(jī)供電。電動(dòng)車(chē)輛可以使用高容量，高功率的電池，因?yàn)樗鼈冇蓤?jiān)固的框架保護(hù)并且不太可能被損壞。一輛汽車(chē)還需要能夠在兩次收費(fèi)之間長(zhǎng)途跋涉。特斯拉Model S更換電池的成本大約在12,000美元。

 

電壓很重要

 

 

影響鋰離子電池循環(huán)次數(shù)的最大因素之一是其電壓。由于手機(jī)和汽車(chē)不是設(shè)計(jì)用于充電鋰電池的唯一東西，因此2015年美國(guó)能源部花費(fèi)大量金錢(qián)和時(shí)間來(lái)查看究竟是什么原因?qū)е聠?wèn)題以及如何減輕這些問(wèn)題，因?yàn)樾l(wèi)星使用鋰基電池和太陽(yáng)能充電器。在電池本身的組成之后，影響電池壽命的下一個(gè)最大罪魁禍?zhǔn)资浅潆婋妷汉捅３蛛姾傻碾妷骸?/div>