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瞭望智庫 10-01

手機電池總要充到 100%?快住手吧

The following article is from 科學辟謠 Author 曹博維

當下的生活里,手機不僅是通訊工具,在工作、休閑、社交中也發揮著越來越重要的作用。在使用手機的過程中,最讓人焦慮的就是手機的低電量提醒。

一項 2016 年的調查顯示,90% 的人在手機電量低于 20% 的時候感到 " 恐慌 "。盡管如今各大廠商都在努力擴充手機電池的容量,但隨著日常生活中手機使用的頻率和強度的不斷攀升,大多數人還是逐漸從一天一充變成了一天 N 充,甚至于不少人在出門的時候都會帶上充電寶以備不時之需。

那么,我們在日常使用手機時,怎么做才能盡可能延長手機電池的壽命呢?

文 | 曹博維 中國科學院物理研究所清潔能源實驗室博士生

審核 | 李泓 中國科學院物理研究所清潔能源實驗室研究員

本文轉載自微信公眾號 " 科學辟謠 "(ID: Science_Facts),原文首發于 2021 年 9 月 27 日,原標題為《電池總要充到 100%?快住手吧你》,不代表瞭望智庫觀點。

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鋰離子電池工作原理

目前市面上絕大多數手機所使用的電池都是諾獎級別的成果——鋰離子電池。相比于鎳氫、鋅錳、蓄鉛等傳統電池來說,鋰離子電池具有容量大、體積小、電壓平臺高、循環壽命長等優勢,正是因為它們的這些優點,才使得手機能夠做到更小巧的外形和更持久的續航。

手機中的鋰離子電池正極通常使用 LiCoO2(鈷酸鋰),NCM,NCA 材料;手機中的負極材料主要有人造石墨、天然石墨、MCMB、SiO 等。在充電的過程中,鋰以鋰離子的形式從正極中脫嵌,通過電解質移動最終嵌入到負極中,而放電的過程則正好相反。因此,充放電的過程,就是鋰離子在正、負極之間不斷往返嵌入 / 脫嵌和插入 / 脫插的循環,被形象地稱為 " 搖椅電池 "。

鋰電池工作原理:鋰離子隨充放電在正負極間不斷往返。| 作者供圖

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鋰離子電池壽命下降的原因

新買來的手機,一開始的續航能力都還不錯,在使用一段時間之后則會變得越來越不耐用,舉個例子:新手機充滿電之后大概能用上 36~48 個小時,但是大半年以后,同樣滿格電只能堅持 24 小時甚至更短的時間。

究竟是什么原因讓手機電池 " 折壽 " 了呢?主要原因有以下幾點:

① 過充和過放

鋰離子電池依靠鋰離子在正負極之間移動來工作,因此,鋰離子電池的正負極能夠容納的鋰離子的數量與其容量直接相關。當對鋰離子電池進行深度充放電時,其正負極材料的結構可能會出現破壞,能夠容納鋰離子的空間變少,進而其容量也隨之降低,也就是我們常說的電池壽命的降低。

深度充放電 50 次前(a)后 (b)LiCoO2 正極材料電鏡拍攝結果,深度充放電后的 LiCoO2 出現了結構破壞。

電池壽命通常用循環壽命來評價,即對鋰離子電池進行深度充放電,其容量能夠保持在 80% 以上的充放電循環次數。

國標 GB/T18287 對手機中鋰離子電池循環壽命的要求為不低于 300 次,這是否意味著我們的手機電池在充放電 300 次后就會變得不耐用了呢?答案是否定的。

其一,循環壽命的測量中,電池容量的衰減是一個漸變的過程,并不是斷崖式或臺階式的;其二,對鋰離子電池進行的是深度充放電,而在日常使用過程中,電池管理系統有對電池的保護機制,在充滿后會自動斷電,在電量不足時會自動關機,能夠盡可能地避免深度充放電,因此手機電池的實際壽命是高于 300 次的。

但我們也不能完全依賴于優秀的電池管理系統,長期讓手機處于低電量或者滿電量也有可能損傷電池導致其容量減少。給手機充電的最好方式就是淺充淺放,沒電就充,充滿就拔。長期不使用手機時,保持其有一半電量也能有效延長其使用壽命。

② 過冷或過熱條件下充電

鋰離子電池對溫度也有較高的要求,其正常工作(放電)溫度范圍在 0°C 到 35°C 之間。在低溫條件下、電解質離子電導率下降、電荷轉移阻抗增加、鋰離子電池表現會變差,直觀感受便是容量的降低。但這種容量的衰減是可逆的,在溫度恢復到室溫后,鋰離子電池的表現會恢復正常。

然而如果在低溫條件下給電池充電,由于負極極化可能導致其電勢達到金屬鋰的還原電勢,進而導致鋰金屬在負極表面沉積,這一方面會導致電池容量的減少,另一方面存在著鋰枝晶生成的可能,導致電池短路進而引發危險。

在高溫條件下給鋰離子電池充電,也會使得鋰離子正負極結構改變,從而導致電池容量不可逆的衰減。因此,盡量避免在過冷或過熱條件下給手機充電,也能夠有效延長其使用壽命。

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關于充電,這些說法合理嗎?

① 整夜充電,對手機電池的使用壽命會有影響嗎?

過充和過放會影響電池的壽命,但整夜充電并不等于過充。一方面,手機在充滿電后會自動斷電;另一方面,目前許多手機采用先將電池快充至 80% 容量,隨后轉換為較慢的涓流充電的充電方式。

② 夏季天氣炎熱,手機在充電的時候會出現高溫情況,這是正常的,還是代表手機電池出現了問題?

電池充電伴隨著化學反應、電荷轉移等復雜過程,這些過程往往伴隨著熱量的產生,因此充電時手機發熱是正常的情況。而手機出現的高溫發燙現象一般是由散熱不佳等原因導致,而不是電池本身出了問題,在充電時把保護套取下讓手機更好的散熱,也能夠有效延長手機的使用壽命。

③ 充電寶和車載充電器給手機充電,會影響手機電池的使用壽命嗎?

不會。無論是用充電寶還是車載充電器,只要是使用符合國家標準的充電設備給手機充電,都不會影響手機電池的使用壽命。

④ 用充電線插在電腦上給手機充電,和插在電源插座上的充電頭連接充電線給手機充電,充電的效率一樣嗎?

無論是用充電寶、車載充電器、電腦還是直接插在電源上充電,充電速率只與充電器和手機支持的充電功率有關系,5W 的充電器(5V=1A)的充電速度就比 18W 的充電器(9V=2A)慢。

⑤ 手機在充電的時候可以使用嗎?之前出現過的 " 充電時打電話被電死 " 的案例,是什么原因導致的?

充電狀態下的手機是可以使用。手機充電時,充電器會將 220V 高壓交流電通過變壓器轉變為低壓(例如常見的 5V)直流來給電池供電,只有低壓部分是連接到手機上的,而一般情況下人體的安全電壓為 36V,也就是說,在正常充電下,即使手機外殼漏電,低輸出電壓也不會對人體造成傷害。

此外,在使用手機的過程中不要自主拆卸電池,當電池出現鼓包等異常情況時,也要及時停止使用并向手機廠商更換,盡可能避免因電池使用不當而產生的安全事故。

以上內容由"瞭望智庫"上傳發布
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