鉅大LARGE | 點擊量：623次 | 2021年04月13日
為何手機電池越來越不耐用？是你充電的方式不對么
科學家終于揭開了為何智能手機電池在使用一年左右之后會出現(xiàn)電池壽命迅速衰減的秘密。根據(jù)最新調查結果，人們普遍理解的鋰離子電池工作原理是不正確的。它們不是帶電粒子在電池內部以單一，均勻的方向流動，而是以隨機的運動模式來回移動。根據(jù)研究人員的說法，這些最新研究成果可用于制造新型電池，使電池持續(xù)更長時間并保持電量而不會損壞電池的使用壽命。科學家表示，這可能可以促進于電動汽車的大規(guī)模推廣，以及改善全球數(shù)十億依靠電池運轉的小工具的使用壽命。
這項突破性的研究來自斯坦福大學，麻省理工學院和巴斯大學的研究人員，他們發(fā)現(xiàn)我們對鋰離子電池（這種類型為我們最喜愛的手機、電腦以及其他小電器供應動力）的理解是不正確的。已知帶電粒子通過材料（電解質）在正電極和負電極之間流動，并且該運動出現(xiàn)電荷。然而，之前認為鋰是各向異性的，這意味著它在單一方向上流動，顆粒以單一、均勻的方式通過電池。然而，現(xiàn)在已經發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)實是非常不同的，并且被稱為離子的顆粒實際上在電解質中來回循環(huán)和流動。這會在電池內部出現(xiàn)隨機密集的離子，從而出現(xiàn)大量熱量，損壞電池的使用壽命。
結果，電池失去了保持電量的能力，我們經常發(fā)現(xiàn)自己更經常地依賴便攜式充電寶。
斯坦福大學助理教授WilliamChueh說：'我們使用了來自加速器的非常強大的X射線，我們正在使用這些X射線來觀察這些單獨的納米顆粒。我們最初的期望是鋰只在某些方向上移動。我們實際看到鋰的走向是不符合我們原先理解的方向。該研究利用斯坦福大學SLAC國家加速器實驗室的設施，讓科學家團隊在納米尺度上研究電池的工作細節(jié)。Chueh博士詳細闡述了這一現(xiàn)象，并解釋說以前的理論沒有說明液體如何與固體相互用途。他說：有點像太空，我們考慮粒子在真空中的表現(xiàn)，但電池內部不是真空的，它充滿了液體。該團隊相信他們將能夠通過改變運輸路徑來解決這個缺陷，并在未來開發(fā)出更耐用的電池。
那么問題來了，鋰離子電池究竟如何工作？
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%
實際上，鋰離子電池通過將電子從電池的一端移動到另一端來存儲和釋放能量。我們可以利用來自那些移動電子的能量來為我們工作，比如為鉆機供應動力相同。
電池的這兩個端稱為電極。一個稱為陽極，另一個稱為陰極。通常，陽極由碳制成，陰極由稱為金屬氧化物的化合物制成，如氧化鈷。
最終的電池成分稱為電解質，它位于兩個電極之間。在鋰離子電池的情況下，電解質是含有鋰離子的鹽溶液。鋰離子電池也因此得名。將電池放入設備時，帶正電的鋰離子會被吸引并向陰極移動。一旦陰極被這些離子轟擊，陰極就會比陽極充電更多，這會吸引帶負電的電子。隨著電子開始向陰極移動，我們迫使它們穿過我們的器件并利用電子流向陰極的能量來出現(xiàn)電能。你可以把它想象成水輪，除了在這里不是水流動，而是電子流動。
鋰離子電池特別有用，因為它們是可充電的。當電池連接到充電器時，鋰離子以與以前相反的方向移動。當它們從陰極移動到陽極時，電池恢復供另一次使用。與其他電池相比，鋰離子電池每單位重量也可以出現(xiàn)更多的電力。這意味著鋰離子電池可以存儲與其他電池相同的功率，但可以在更輕更小的體積中實現(xiàn)。
具體我們是如何為電池充電的呢？
簡單來講，電池由三個部件組成：正電極，負電極和電解質。當電池正在充電時，鋰離子從正電極中提取并通過晶體結構和電解質移動到負電極，在那里它們被存儲下來。此過程發(fā)生得越快，電池充電的速度就越快。制造電池的材料會嚴重限制該速率。石墨是負極的常用材料，因為它能很好地接受正離子并具有高能量密度。在尋找新的電極材料時，研究人員通常會嘗試使顆粒變小。然而，制造具有納米顆粒的實用電池是困難的，因為它與電解質出現(xiàn)許多棘手的化學反應，因此電池不會持續(xù)那么長，而且制造成本昂貴。3.過流保護,當工作電流超出設定值時,由保護IC切斷Mosfet管.等工作電流回歸到允許的電壓是,重新恢復Mosfet管的導通.
過流電流壓降:0.1V,這里保護IC判斷的是電流流過Mosfet而出現(xiàn)的壓降,用這個電壓除于Mosfet的導通阻抗就可以近似得到過流保護的電流.一般在3~5A左右.
過流延時:8毫秒,注意這個延時比前面的幾個過充過放的延時要短許多.
4.短路.其實這個功能是過流保護的擴展,當保護IC檢測電池輸出正負極之間電壓小于規(guī)定值時,認為此時電池處于短路狀態(tài),立即切斷回路.等短路的故障排除再恢復回路.短路時電池的輸出正負極的電壓為零,而實際電芯的電壓還是正常的.
短路檢測延時:10微秒,這個延時更是短暫,幾乎是短路的瞬間就切斷了回路,可以防止短路對電池帶來的巨大損傷.
還有一個參數(shù),稱為保護IC的自耗,如上圖,可以看到,保護IC是通過電阻R1利用了電芯的電壓來進行工作的.不可防止的要消耗一部分電池的容量.一般保護IC的功耗是做的非常小的.在3微安左右,最大不超過6微安.
在保護回路里面還有一個器件,如上圖標示的Fuse,就是保險絲.它是串聯(lián)在電池的回路中.它的用途是在保護線路失效的情況下,作為最后的防線,關于過流或高溫的鋰離子電池進行切斷回路的動作.該Fuse根據(jù)工作原理分為一次性保險絲(就象家里電表下用的那種)和可恢復保險絲
