鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：696次 | 2021年08月23日
鋰離子電池，你不了解的一些事
Goodenough老先生在陪跑了多年諾獎(jiǎng)之后，終于在今年獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)（然而諾貝爾文學(xué)獎(jiǎng)村上春樹(shù)今年持續(xù)陪跑，心疼他一秒）。有關(guān)鋰離子電池為何可以得諾獎(jiǎng)，可以看看諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)評(píng)選委員會(huì)的官方解讀——他們研制出了世界上最強(qiáng)的電池（放心，已經(jīng)貼心地翻譯成中文了）。
Goodenough老先生得諾獎(jiǎng)的呼聲一直很大，今年美國(guó)化學(xué)會(huì)（ACS）邀請(qǐng)化學(xué)家們進(jìn)行了一場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)直播，預(yù)測(cè)今年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，鋰離子電池和CRISPR（ClusteredRegularlyInterspacedShortPalindromicRepeat）得票最高[1]（所以小編在此奶一口CRISPR，沒(méi)準(zhǔn)明年就得獎(jiǎng)了呢）。
鋰離子電池得諾獎(jiǎng)實(shí)在是眾望所歸。鋰離子電池今朝已經(jīng)深入到了生活中的方方面面，它讓電子設(shè)備更加輕量、續(xù)航更加持久，比如你今朝能用手機(jī)刷這篇文章就離不開(kāi)鋰離子電池。
我們今朝的生活已經(jīng)離不開(kāi)鋰離子電池，大家對(duì)它的原理、歷史之類(lèi)的都比較熟悉了，那么小編今天就劍走偏鋒，來(lái)給大家聊一聊鋰離子電池少為人知的一面。
鋰離子電池？鋰離子電池！
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
可能有小可愛(ài)已經(jīng)留意到了，小編說(shuō)的一直都是“鋰離子電池”，但平時(shí)大家可能有聽(tīng)到過(guò)鋰離子電池、鋰離子電池、鋰聚合物電池等各種各樣的名詞，被這些名詞搞的七葷八素的。小編下面就來(lái)給大家捋一捋。
鋰離子電池的概念其實(shí)很雜亂，沒(méi)有一個(gè)很統(tǒng)一的說(shuō)法，姑且看一下國(guó)標(biāo)（其實(shí)是推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)）里面是怎么說(shuō)的吧。《電工術(shù)語(yǔ)原電池和蓄電池》（Gb/T2900.41-2008）中把鋰離子電池含義為“含非水電解質(zhì)，負(fù)極為鋰或含鋰的電池”，可以是原電池也可以是蓄電池。這個(gè)范圍就很寬泛了，只要負(fù)極含鋰，電解質(zhì)是非水的就行。平時(shí)更多的是把負(fù)極是金屬鋰的一次電池叫做鋰離子電池，也叫鋰原電池，是不能充電的，代表性的有鋰-二氧化錳電池、鋰-氟化碳電池、鋰-亞硫酰氯電池。
鋰離子電池則是為了與鋰離子電池相差別而發(fā)明出來(lái)的一個(gè)詞語(yǔ)。前Sony高級(jí)執(zhí)行副總裁兼首席技術(shù)官西美緒（YoshioNishi）解釋說(shuō)[2]，負(fù)極的鋰碳化合物中的“鋰”是以離子的形式存在的，而正極的LiCoO2是離子化合物，鋰也是以離子形式存在的，電池中沒(méi)有金屬鋰的存在，因此叫做“鋰離子電池”，得了諾獎(jiǎng)的就是它。顯然，鋰離子電池是可充電電池。
西美緒（對(duì)鋰離子電池的產(chǎn)業(yè)化做出了很大貢獻(xiàn)）
滿(mǎn)電態(tài)的負(fù)極，金色的是LiC6，鋰并沒(méi)有以金屬單質(zhì)的形式存在（將鋰離子電池充好電后拆解，圖中是在手套箱中操作，千萬(wàn)別自己拆解充好電的鋰離子電池，LiC6在空氣中會(huì)自燃，也最好別自己更換手機(jī)電池，有可能操作不當(dāng)把電池劃破了，搞不好會(huì)起火爆炸）
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱(chēng)電壓：28.8V
標(biāo)稱(chēng)容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
說(shuō)到鋰離子電池，還有個(gè)人也不得不提一下，那就是法國(guó)科學(xué)家米歇爾·阿曼德（MichelArmand），他在1972年提出了插層化合物和“搖椅電池（rockingchairbatteries）”的概念，正負(fù)極采用插層化合物，將鋰離子在正負(fù)極之間的穿梭形象地比作搖椅的搖動(dòng)。
當(dāng)你以后聽(tīng)到有人說(shuō)鋰離子電池得了諾獎(jiǎng)，或者說(shuō)手機(jī)上用的是鋰離子電池的時(shí)候，就可以禮貌而不失微笑地指出：那不是鋰離子電池，是鋰離子電池（lithium-ionbatteries）。之后飄然而去，深藏功與名。
至于鋰聚合物電池，其實(shí)就是鋰離子電池，也叫聚合物鋰離子電池。和傳統(tǒng)的鋰離子電池相比，不相同的地方在于它的外殼是鋁塑膜，然后就沒(méi)啥大的差別了。換個(gè)殼就可以改個(gè)高大上的名字，真讓人頭冷。所謂鋁塑膜，就是兩層聚丙烯之間夾著一層鋁箔，鋁箔是用來(lái)戒備空氣中的水透過(guò)聚丙烯進(jìn)入電池內(nèi)部的，用鋁塑膜做外殼的好處就是可以減輕電池的重量。
聚合物鋰離子電池（也叫軟包電池），外殼就是鋁塑膜
還有種“凝膠聚合物鋰離子電池”，它用的電解質(zhì)比較特殊，像一般的鋰離子電池用的電解液是液態(tài)的，而它用的是凝膠態(tài)的，就像果凍相同。
鋰離子電池的容量與能量
今朝的手機(jī)屏幕越來(lái)越大，相應(yīng)的耗電量也新增了。所以，手機(jī)電池的容量也就成了一個(gè)很緊要的選購(gòu)指標(biāo)，畢竟誰(shuí)也不想用著手機(jī)的同時(shí)還拖著長(zhǎng)長(zhǎng)的充電線(xiàn)吧。
今朝掂量手機(jī)電池容量的單位是mAh，高中知識(shí)告訴我們，這是電量的單位，還要乘上個(gè)電壓才是能量的單位。
電池容量計(jì)算辦法：
電池能量計(jì)算辦法：
等等，手機(jī)消耗的明明是能量，怎么用個(gè)電量的單位來(lái)掂量它？！這其實(shí)是因?yàn)樵谑謾C(jī)這類(lèi)便攜式電子設(shè)備中，為了減小電池的體積，鋰離子電池的正極使用的都是鈷酸鋰，這種正極材料具有很高的壓實(shí)密度。正因?yàn)槭謾C(jī)電池的正極用的都是同一種材料，所以電池的電壓都比較接近（理論上是3.7V，這個(gè)詳盡和不同電池加工商的工藝有關(guān)），再加上手機(jī)里面往往惟有一塊單體電池（請(qǐng)忽視最近某手機(jī)廠出的某款手機(jī)，里面有兩塊2000mAh的電池），只用容量其實(shí)就可以掂量電池儲(chǔ)存能量的大小。
但是電腦上的電池卻會(huì)同時(shí)標(biāo)注電池的容量（電量）和能量。這是因?yàn)?，電腦中不惟有一塊單體電池啊，里面有很多塊電池串并聯(lián)，形成了電池包，就不能用電池的容量來(lái)掂量了。高中知識(shí)告訴我們：同一型號(hào)的電池，電池并聯(lián)后，電池包的電壓不變，但會(huì)新增電池包的容量；電池串聯(lián)，電池包的容量不變，但是會(huì)新增電池包的電壓。
今朝就以小編手頭上的這臺(tái)筆記本電腦為例，它的規(guī)格參數(shù)上寫(xiě)著“57.4Wh/7565mAh@7.6V（典型容量）”，這就說(shuō)明，這是由四塊容量為3782.5mAh，電壓為3.8V鋰離子電池串聯(lián)形成的電池包，7565mAh×7.6V=57.494Wh。那么為何不是由兩塊7565mAh的電池串聯(lián)呢？嘿嘿，7565mAh的電池容量太大了，對(duì)加工的要求比較高；其次3782.5mAh的電池其實(shí)就是手機(jī)上用的電池，對(duì)廠來(lái)說(shuō)，只要一條加工線(xiàn)就可以同時(shí)加工手機(jī)、電腦用的電池，這樣可以減少成本。
然后小編去看了另一臺(tái)筆記本電腦的電池規(guī)格參數(shù)，見(jiàn)下圖。
乍一看，這塊電池的容量就比手機(jī)電池大一點(diǎn)，怎么能給筆記本電腦用？但是看一下它的電壓就恍然大悟。這是由6塊容量為2200mAh，電壓為3.6V的電池串聯(lián)而成的，也就是傳說(shuō)中的6芯鋰離子電池（里面有6個(gè)單體電池）。從這根電池的形狀（長(zhǎng)長(zhǎng)的）和2200mAh的容量可以看出，這是18650電池（就是電池直徑為18mm，高度為65mm的圓柱電池）。
所以，掂量電池的續(xù)航能力，還是看能量比較靠譜，自己動(dòng)手算一算。
鋰離子電池使用指北
小編曾經(jīng)聽(tīng)有人說(shuō)過(guò)，剛買(mǎi)回來(lái)的手機(jī)前幾次使用的時(shí)候，要先洋溢電，再把電量耗盡，反復(fù)幾次，這樣才能將電池激活，電池的壽命會(huì)更長(zhǎng)。
當(dāng)聽(tīng)到這個(gè)說(shuō)法的時(shí)候，小編我頓時(shí)就在風(fēng)中凌亂了。這哪是讓鋰離子電池電池長(zhǎng)壽，明顯是讓鋰離子電池短命啊。假如把時(shí)間倒退個(gè)二十年，這個(gè)說(shuō)法是沒(méi)有很大問(wèn)題的。因?yàn)槟鞘鞘褂玫倪€是鎳氫電池，它有所謂的“記憶效應(yīng)”，就是電池放久了之后鎳極板上的晶體會(huì)變得粗大，影響和電解液的接觸，導(dǎo)致容量下降[3]。進(jìn)行幾次完全的充放電能讓晶粒細(xì)化，讓容量部分恢復(fù)，這就是所謂的“激活”。
而今朝手機(jī)早已經(jīng)用上了鋰離子電池。前面已經(jīng)說(shuō)了，鋰離子電池是基于鋰離子在插層化合物中嵌入脫出，并不存在著什么“記憶效應(yīng)”。所以剛買(mǎi)來(lái)的手機(jī)，筆直用就行。
又有人問(wèn)，鋰離子電池的循環(huán)壽命惟有500次左右，那么要怎么樣才能讓鋰離子電池壽命延長(zhǎng)？
鋰離子電池的循環(huán)壽命一般是含義為：鋰離子電池進(jìn)行深度充放電時(shí)，其容量能保持在80%以上的循環(huán)次數(shù)。從這兒可以看出兩個(gè)關(guān)鍵詞：深度充放電和80%。深度充放電容易破壞鋰離子電池中的微觀結(jié)構(gòu)，使得容量降低。但是我們的手機(jī)有保護(hù)機(jī)制，是沒(méi)法對(duì)電池進(jìn)行深度充放電的，那得要用電池廠的專(zhuān)門(mén)設(shè)備才行；其次，鋰離子電池的容量在80%以下并不是說(shuō)它不能用，只是會(huì)讓用戶(hù)覺(jué)得電池不耐用了。
假如鋰離子電池在廠探測(cè)時(shí)的壽命有500次，那么我們平時(shí)使用的壽命肯定是要大于500次的。因?yàn)槲覀兤綍r(shí)正常使用做不到對(duì)電池深度充放電，電池容量衰減沒(méi)那么厲害。至于要怎么樣讓鋰離子電池更長(zhǎng)壽，我們所能做的就是別對(duì)電池深度充放電（當(dāng)然更要防止過(guò)度充電，過(guò)度放電），也就是要對(duì)鋰離子電池淺充淺放：沒(méi)洋溢電就用，沒(méi)放完電就充。但這樣子做確實(shí)是影響玩手機(jī)的樂(lè)趣啊，所以有個(gè)更折衷的方法：手機(jī)洋溢電后再使用，還剩20%的電的時(shí)候就充電，別等到手機(jī)自動(dòng)關(guān)機(jī)了才去充電。為啥是20%？因?yàn)樾【幍氖謾C(jī)在20%電量時(shí)會(huì)進(jìn)入省電模式，小編有強(qiáng)迫癥，這時(shí)會(huì)迫不及待給手機(jī)充電。
手機(jī)電量恐懼癥
其實(shí)我們那些不良使用習(xí)慣工程師早就考慮到了，不用自己瞎操心（真·我比工程師聰明系列），手機(jī)電池正常使用兩三年還是扛得住的，兩三年到了，手機(jī)其實(shí)也差不多該換了。
