手機電池為什么到冬天就不耐用？究竟是什么緣故呢
來源：寶鄂實業(yè)
2019-03-23 09:32
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鋰離子電池主要組成包括正負極，隔膜和電解液，其中手機的電池的正極材料一般為鈷酸鋰，負極材料為石墨，電解液為一些碳酸酯類的混合物。充電時，鋰離子從正極脫出，通過電解液嵌入石墨，放電時，鋰離子再通過電解液，嵌入到正極材料的晶格中。因此，鋰離子電池又被稱為搖椅電池。
先說低溫對放電的影響。在低溫的情況下，鋰離子的遷移速率降低，動力學(xué)性能下降，從正極石墨中脫出和嵌入正極的速率也會下降。與此同時，電解液變得粘稠，電池內(nèi)部阻抗增大，電化學(xué)反應(yīng)的速率也變慢。極化增大，導(dǎo)致電壓出現(xiàn)跳水，電池管理系統(tǒng)識別到相應(yīng)的電壓，以為電量不足隨即啟動自我保護機制，自動關(guān)機，其實這個時候電池還是有電的。如果在這個時候放到室溫環(huán)境緩一會，又能開機了。這個通俗地講就是在低溫下，鋰離子電池性能下降，電壓出現(xiàn)“虛低”，啟動自我保護系統(tǒng)，自動關(guān)機。蘋果官網(wǎng)對旗下電子產(chǎn)品的操作環(huán)境要求顯示，iPhone、iPad的最佳操作環(huán)境為0℃-35℃。目前蘋果將溫度檢測機制設(shè)計為只要環(huán)境低于0℃就會觸發(fā)機制自動關(guān)機，而很多安卓手機則將電池自保護設(shè)置在了更低的溫度，因而更能耐低溫。上述就是為什么手機自動關(guān)機的原因。
另外，電池的標稱容量是基于常溫（25℃）測試得到的，在低溫下放出的容量要遠低于這個值，，只有40%甚至更低，具體跟溫度有關(guān)。這就是電池感覺不耐用的原因。
除了上述原因，如果在低溫和高溫環(huán)境中來回切換，會導(dǎo)致水汽凝結(jié)，導(dǎo)致手機背部零部件受損。
近年來，一些研究者通過不同的測試手段和實驗設(shè)計，將低溫對鋰離子電池的影響分解研究，解析影響低溫性能的主要限制因素。S.S. Zhang等[]對不同溫度下鋰離子電池的交流阻抗進行測試，通過擬合，認為整個電池的阻抗由三部分組成，分別是本體阻抗Rb，固態(tài)電解質(zhì)界面膜阻抗RSEI以及電荷轉(zhuǎn)移阻抗Rct，并考察了20℃~-60℃溫度范圍內(nèi)這三種阻抗隨溫度的變化關(guān)系，結(jié)果如圖2所示，隨著溫度的降低，三種阻抗值都在增大，Rct變化最為明顯，說明其對溫度更敏感，與此同時作者還計算了Rct占整個電池阻抗的比例，當(dāng)溫度低于-20℃時，Rct/Rcell幾乎接近100%，這說明低溫時，電池的性能主要受限于大幅度升高的電荷轉(zhuǎn)移阻抗Rct。
Huang等[]將電池正極、負極以及電解液各個組份分解開來單獨研究，以求找到影響其低溫放電的主要矛盾，作者發(fā)現(xiàn)，在-20℃時，相比于電解液和正極，負極性能衰減最為嚴重，同時發(fā)現(xiàn)Li+從石墨層間脫出較易，嵌入則較難，基于此作者提出限制電池低溫性能的主要因素是低溫下Li+在負極活性材料中的擴散阻抗急劇增加，但是作者并未像文獻[3]中給出具體的阻抗譜以及相應(yīng)的擴散阻抗的擬合數(shù)據(jù)。
綜上所述，可以得出以下結(jié)論：對于絕大部分體系而言，低溫時電荷傳遞速率和鋰離子擴散速率的下降，是導(dǎo)致鋰離子電池低溫性能欠佳的主要原因，而擴散阻抗和電荷轉(zhuǎn)移阻抗代表了電極電解液界面法拉第反應(yīng)的速率，即溫度降低使電極電化學(xué)反應(yīng)速率降低，導(dǎo)致了較大的電化學(xué)極化，從而影響電池整體的放電性能。
