為什么一到冬天鋰電池容量就下降呢？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-06-26 11:02
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最近中國信息通信研究院對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)人員準(zhǔn)備了兩塊3400mAh的電池，將其充滿電，然后將一塊放在23℃的環(huán)境中，另一塊放在﹣10℃的環(huán)境中，以相同的速度進(jìn)行放電。結(jié)果發(fā)現(xiàn)常溫下電池放電的時(shí)間為5小時(shí)9分鐘，放電量為3420mAh，而在﹣10℃的環(huán)境中，電池4小時(shí)5分鐘時(shí)就耗電完畢，放電量也只有2716mAh。
原因就是在于低溫會(huì)降低鋰電池的化學(xué)反應(yīng)速率，從而導(dǎo)致可容電量變小的情況。那么，為什么不加大電池容量去讓手機(jī)在冬天能夠更經(jīng)用呢？
這里就要牽扯到一個(gè)能量密度的概念，能量密度，指的是單位體積或單位重量的電池，能夠存儲(chǔ)和釋放的電量，其單位有兩種：Wh/kg，Wh/L，分別代表重量比能量和體積比能量。我們可以用一個(gè)等式來更加具象化能量密度這個(gè)概念：電池容量×電池電壓=電池能量密度×電池體積。
而鋰電池的發(fā)展在經(jīng)歷一個(gè)快速期后，近些年進(jìn)入一個(gè)瓶頸期。像三星每年平均也只能提高6.5%的能量密度，其實(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的摩爾定律的。而且對(duì)于手機(jī)而言，本質(zhì)上是一個(gè)非常理想的爆炸體，爆炸的主要原因正是因?yàn)槟芰烤奂谝粋€(gè)密閉的空間內(nèi)擴(kuò)散不出去，而現(xiàn)在的手機(jī)為了防水性也是做得越來越密閉，越高的能量密度就可能帶來越高的爆炸威力，這種風(fēng)險(xiǎn)其實(shí)是很大的，當(dāng)年三星的note7其實(shí)就是一個(gè)非常慘痛的教訓(xùn)。
既然電池能量密度提升速度不高，那么就只能從電池體積入手了，而在手機(jī)日漸追求輕薄的現(xiàn)在，電池體積想要做到更大勢(shì)必會(huì)和潮流相悖，所以這也是行不通的。
“傲嬌”的鋰電池不止怕熱，還怕冷！
據(jù)了解，對(duì)一般的手機(jī)設(shè)計(jì)來說，電池運(yùn)行的最佳溫度在0°C至35°C，過高的溫度(>35°C)可能永久損壞電池容量，而在非常寒冷的環(huán)境下(低于0°C)使用手機(jī)時(shí)，則會(huì)使電池的使用時(shí)間降低，最終導(dǎo)致手機(jī)關(guān)閉，但當(dāng)電池溫度返回正常適用范圍，其性能也會(huì)隨之恢復(fù)正常。
而更極端的環(huán)境溫度：小于-20°C或大于45°C，不但手機(jī)電池?zé)o法正常使用，而且影響電池的儲(chǔ)存壽命，導(dǎo)致其性能永久惡化。
所以對(duì)于手機(jī)，在非理想的工作環(huán)境下，真的會(huì)被“凍”關(guān)機(jī)，而且低端寒冷會(huì)對(duì)手機(jī)電池的壽命產(chǎn)生負(fù)面影響。
首先來看一下一般電池的放電特性：多數(shù)電池隨著放電進(jìn)行，電壓先緩慢下降，超過某一放電程度后，電壓會(huì)突降。
一般把電壓比較平穩(wěn)的那一段稱為“放電平臺(tái)”，對(duì)應(yīng)的用電器設(shè)計(jì)電壓也會(huì)根據(jù)放電平臺(tái)的電壓來設(shè)計(jì)。比如標(biāo)稱電壓為4.2V左右的鋰離子電池的放電至3.3V開始電壓突降，那么對(duì)應(yīng)的手機(jī)往往就得在3.3V以上供電電壓下才能正常開機(jī)。
低溫時(shí)的電池表現(xiàn)
包括鋰電池在內(nèi)，所有的化學(xué)電池都是利用電化學(xué)反應(yīng)提供電能。其輸出電壓會(huì)符合能斯特方程，根據(jù)這個(gè)方程可以推得——溫度越低電池電壓越低。
其實(shí)電池充好了電，但是低溫下提供不了那么高的電壓，隨著放電進(jìn)行再降一降，就很快低于手機(jī)要求的最低電壓了，于是你就看到手機(jī)自動(dòng)關(guān)機(jī)。
此外，低溫下電池電解液黏度增大也會(huì)阻礙載流離子遷移，這會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)阻變大、路端電壓降低。也是導(dǎo)致手機(jī)低溫下自動(dòng)關(guān)機(jī)的部分原因。
低溫對(duì)電池有無傷害？
就電池反應(yīng)本身而言，它只隨溫度降低而電壓下降，只要溫度回升電壓就會(huì)恢復(fù)，這種類型的影響是可逆的。
但是，在更低的溫度下，電池中的電解液有可能析出晶體，這些晶體析出后不一定能在回暖后完全溶解回去(充放電次數(shù)過多導(dǎo)致的電池容量下降也和晶體析出有關(guān))。“更極端的情況”可能導(dǎo)致電池永久惡化。
當(dāng)然，鋰電池根據(jù)電極材料和電解液成分劃分有很多種型號(hào)，每種型號(hào)的抗低溫能力不一定相同，設(shè)計(jì)工作溫度也會(huì)受設(shè)備中電池保溫/散熱性能影響。比如蘋果手機(jī)等設(shè)備推薦使用溫度在0~35℃，而MacBook則為10~35℃。據(jù)我了解，還有其他很多廠商的手機(jī)推薦工作溫度則更寬泛一些。這些都可能和他們使用的電池型號(hào)不同有關(guān)。
