為什么手機電池在冬天那么不耐用？
來源：寶鄂實業(yè)
2020-03-15 16:07
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首先，你要知道，手機里面的是鋰離子電池，對，就是今年得了諾貝爾化學獎的那個鋰離子電池。
因為手機里面的空間狹小，為了充分利用空間，手機上的鋰離子電池正極都是鈷酸鋰（壓實密度高，體積更小，少占地方），負極是石墨。
鋰離子電池的原理相信大家都已經(jīng)比較了解了，就是依靠鋰離子在正極與負極之間的遷移來存儲與釋放能量。鋰離子的遷移行為酷似搖椅，又被稱為“搖椅電池”。充電時，鋰離子從正極脫出，經(jīng)過電解液再嵌入負極的石墨層中，與外電路過來的電子結合；而在放電時，鋰離子與電子的運動方向則與充電時相反。
利用一點點微積分的知識，可以知道，圖中曲線和坐標軸圍成的面積就是能量。這張圖告訴我們，鋰離子電池隨著溫度的降低，它所能釋放的能量是在減少的，不僅如此，它的容量在減少、電壓也變低了。
這就是為什么鋰離子電池在冬天不耐用。好奇心爆棚的小可愛肯定不滿足于僅僅知道這個現(xiàn)象，更想知道里面深層次的原因。
前面已經(jīng)說到了，鋰離子電池放電的時候，鋰離子從石墨遷移到正極，要跨過山和大海。當鋰離子電池的溫度降低的時候，鋰離子的遷移會更加地艱難。溫度降低的時候，鋰離子在石墨和鈷酸鋰中的擴散系數(shù)會減小，而電解液的粘度增大，鋰離子在活性物質和電解液中的遷移都受到了很大的阻礙。
這樣聽起來不太直觀，我們來看一下無添加電解液的成分就知道是怎么回事了。電解液的溶劑是碳酸乙烯酯（EC）和碳酸二甲酯（DMC）的混合物。
碳酸乙烯酯（Ethylene Carbonate），熔點：34~37℃
碳酸二甲酯（Dimethyl Carbonate），熔點：2~4℃
看到這兩種物質的熔點了嗎？室溫下碳酸乙烯酯就凝固了，0℃下碳酸二甲酯成了固體。那么當鋰離子電池處于低溫環(huán)境下，輕則電解液粘度增大，嚴重的甚至會部分凝固。鋰離子在凍成固態(tài)的電解液中遷移，想想就非常不容易。
在低溫下，鋰離子的遷移受阻，最顯著的影響就是電池的內阻會大大增加，鋰離子電池的端電壓（端電壓=開路電壓-電流×電池內阻）下降，當手機檢測到鋰離子電池處于低電壓的時候，以為電池快沒電了，就提醒你電量不足，甚至為了保護電池，會自動關機。實際上鋰離子電池明明是有那么多電量的，可就是發(fā)揮不出來。
為了克服這個問題，科學家也在努力，研發(fā)電解液添加劑和低溫電解液，讓鋰離子電池在低溫下也能正常使用。
那對于手機上的鋰離子電池，有辦法讓它在冬天的時候別掉電掉那么快嗎？
辦法當然有，你別在寒冷的戶外用手機就行，找個暖和的地方，比如在暖氣房里，保管你的小手機不耍小脾氣。話說，在暖氣房里玩手機不好嘛？如果實在是要在寒冷的戶外用手機，那就抓緊用，用完之后趕緊揣兜里。萬一手機被凍傻了，也別擔心，放到暖和的地方它就可以恢復過來，又能正常使用。
其實在冬天更應該注意的是別在低溫下給手機充電。前面說到，鋰離子在低溫下的遷移速率會降低，低溫下給鋰離子電池充電時，鋰離子嵌入到石墨層中的速率比較慢，就會有鋰離子來不及嵌入到石墨層中，而直接在石墨表面得到電子形成金屬鋰，這個過程叫做“析鋰”，析出的金屬鋰有一部分變得不具有活性，也就是不會參與以后的鋰離子遷移，成為了“死鋰”。
