鉅大LARGE | 點擊量：892次 | 2020年07月31日
鋰離子電池，你不知道的一些事
Goodenough老先生在陪跑了多年諾獎之后，終于在今年獲得了諾貝爾化學獎（然而諾貝爾文學獎村上春樹今年繼續(xù)陪跑，心疼他一秒）。關于鋰離子電池為什么可以得諾獎，可以看看諾貝爾化學獎評選委員會的官方解讀——他們研制出了世界上最強的電池（放心，已經(jīng)貼心地翻譯成中文了）。
Goodenough老先生得諾獎的呼聲一直很大，今年美國化學會（ACS）邀請化學家們進行了一場網(wǎng)絡直播，預測今年的諾貝爾化學獎，鋰離子電池和CRISPR（ClusteredRegularlyInterspacedShortPalindromicRepeat）得票最高[1]（所以小編在此奶一口CRISPR，沒準明年就得獎了呢）。
鋰離子電池得諾獎確實是眾望所歸。鋰離子電池現(xiàn)在已經(jīng)深入到了生活中的方方面面，它讓電子設備更加輕量、續(xù)航更加持久，比如你現(xiàn)在能用手機刷這篇文章就離不開鋰離子電池。
我們現(xiàn)在的生活已經(jīng)離不開鋰離子電池，大家對它的原理、歷史之類的都比較熟悉了，那么小編今天就劍走偏鋒，來給大家聊一聊鋰離子電池少為人知的一面。
鋰電池？鋰離子電池！
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
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%
可能有小可愛已經(jīng)注意到了，小編說的一直都是“鋰離子電池”，但平時大家可能有聽到過鋰電池、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。小編下面就來給大家捋一捋。
鋰電池的概念其實很混亂，沒有一個很統(tǒng)一的說法，姑且看一下國標（其實是推薦性國家標準）里面是怎么說的吧?！峨姽ばg語原電池和蓄電池》（GB/T2900.41-2008）中把鋰電池定義為“含非水電解質(zhì)，負極為鋰或含鋰的電池”，可以是原電池也可以是蓄電池。這個范圍就很寬泛了，只要負極含鋰，電解質(zhì)是非水的就行。平時更多的是把負極是金屬鋰的一次電池叫做鋰電池，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電池相區(qū)別而發(fā)明出來的一個詞語。前Sony高級執(zhí)行副總裁兼首席技術官西美緒（YoshioNishi）解釋說[2]，負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，電池中沒有金屬鋰的存在，因此叫做“鋰離子電池”，得了諾獎的就是它。顯然，鋰離子電池是可充電電池。
西美緒（對鋰離子電池的產(chǎn)業(yè)化做出了很大貢獻）
滿電態(tài)的負極，金色的是LiC6，鋰并沒有以金屬單質(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，千萬別自己拆解充好電的鋰離子電池，LiC6在空氣中會自燃，也最好別自己更換手機電池，有可能操作不當把電池劃破了，搞不好會起火爆炸）
說到鋰離子電池，還有個人也不得不提一下，那就是法國科學家米歇爾·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，正負極采用插層化合物，將鋰離子在正負極之間的穿梭形象地比作搖椅的搖動。
當你以后聽到有人說鋰電池得了諾獎，或者說手機上用的是鋰電池的時候，就可以禮貌而不失微笑地指出：那不是鋰電池，是鋰離子電池（lithium-ionbatteries）。裝B之后飄然而去，深藏功與名。
至于鋰聚合物電池，其實就是鋰離子電池，也叫聚合物鋰離子電池。和傳統(tǒng)的鋰離子電池相比，不一樣的地方在于它的外殼是鋁塑膜，然后就沒啥大的差別了。換個殼就可以改個高大上的名字，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，鋁箔是用來防止空氣中的水透過聚丙烯進入電池內(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，就像果凍一樣。
鋰離子電池的容量與能量
現(xiàn)在的手機屏幕越來越大，相應的耗電量也增加了。所以，手機電池的容量也就成了一個很重要的選購指標，畢竟誰也不想用著手機的同時還拖著長長的充電線吧。
現(xiàn)在衡量手機電池容量的單位是mAh，高中知識告訴我們，這是電量的單位，還需要乘上個電壓才是能量的單位。
電池容量計算方法：
電池能量計算方法：
等等，手機消耗的明明是能量，怎么用個電量的單位來衡量它？！這其實是因為在手機這類便攜式電子設備中，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密度。正因為手機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，這個具體和不同電池生產(chǎn)商的工藝有關），再加上手機里面往往只有一塊單體電池（請忽視最近某手機廠出的某款手機，里面有兩塊2000mAh的電池），只用容量其實就可以衡量電池儲存能量的大小。
但是電腦上的電池卻會同時標注電池的容量（電量）和能量。這是因為，電腦中不只有一塊單體電池啊，里面有很多塊電池串并聯(lián)，形成了電池組，就不能用電池的容量來衡量了。高中知識告訴我們：同一型號的電池，電池并聯(lián)后，電池組的電壓不變，但會增加電池組的容量；電池串聯(lián)，電池組的容量不變，但是會增加電池組的電壓。
現(xiàn)在就以小編手頭上的這臺筆記本電腦為例，它的規(guī)格參數(shù)上寫著“57.4Wh/7565mAh@7.6V（典型容量）”，這就說明，這是由四塊容量為3782.5mAh，電壓為3.8V鋰離子電池串聯(lián)形成的電池組，7565mAh×7.6V=57.494Wh。那么為什么不是由兩塊7565mAh的電池串聯(lián)呢？嘿嘿，7565mAh的電池容量太大了，對生產(chǎn)的要求比較高；其次3782.5mAh的電池其實就是手機上用的電池，對工廠來說，只要一條生產(chǎn)線就可以同時生產(chǎn)手機、電腦用的電池，這樣可以減少成本。
然后小編去看了另一臺筆記本電腦的電池規(guī)格參數(shù)，見下圖。
乍一看，這塊電池的容量就比手機電池大一點，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，也就是傳說中的6芯鋰離子電池（里面有6個單體電池）。從這根電池的形狀（長長的）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，衡量電池的續(xù)航能力，還是看能量比較靠譜，自己動手算一算。
鋰離子電池使用指北
小編曾經(jīng)聽有人說過，剛買回來的手機前幾次使用的時候，要先充滿電，再把電量耗盡，反復幾次，這樣才能將電池激活，電池的壽命會更長。
當聽到這個說法的時候，小編我頓時就在風中凌亂了。這哪是讓鋰離子電池電池長壽，分明是讓鋰離子電池短命啊。如果把時間倒退個二十年，這個說法是沒有很大問題的。因為那是使用的還是鎳氫電池，它有所謂的“記憶效應”，就是電池放久了之后鎳極板上的晶體會變得粗大，影響和電解液的接觸，導致容量下降[3]。進行幾次完全的充放電能讓晶粒細化，讓容量部分恢復，這就是所謂的“激活”。
而現(xiàn)在手機早已經(jīng)用上了鋰離子電池。前面已經(jīng)說了，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”。所以剛買來的手機，直接用就行。
又有人問，鋰離子電池的循環(huán)壽命只有500次左右，那么要怎樣才能讓鋰離子電池壽命延長？
鋰離子電池的循環(huán)壽命一般是定義為：鋰離子電池進行深度充放電時，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關鍵詞：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構，使得容量降低。但是我們的手機有保護機制，是沒法對電池進行深度充放電的，那得要用電池廠的專門設備才行；其次，鋰離子電池的容量在80%以下并不是說它不能用，只是會讓用戶覺得電池不耐用了。
如果鋰離子電池在工廠測試時的壽命有500次，那么我們平時使用的壽命肯定是要大于500次的。因為我們平時正常使用做不到對電池深度充放電，電池容量衰減沒那么厲害。至于如何讓鋰離子電池更長壽，我們所能做的就是別對電池深度充放電（當然更要避免過度充電，過度放電），也就是要對鋰離子電池淺充淺放：沒充滿電就用，沒放完電就充。但這樣子做實在是影響玩手機的樂趣啊，所以有個更折衷的方案：手機充滿電后再使用，還剩20%的電的時候就充電，別等到手機自動關機了才去充電。為啥是20%？因為小編的手機在20%電量時會進入省電模式，小編有強迫癥，這時會迫不及待給手機充電。
手機電量恐懼癥
其實我們那些不良使用習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），手機電池正常使用兩三年還是扛得住的，兩三年到了，手機其實也差不多該換了。
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