手机锂离子电池续航能力不行的原因是什么?

2021-04-09      892 次浏览

锂离子电池一直是智能机进一步发展的阻碍。从最先开始的三星Note7爆炸,到最近的Fitbit手环爆炸,都说明了锂离子电池的局限性。


当然,爆炸的锂离子电池还在少数,但锂离子电池困扰人们的最大问题是它的续航能力。新手机买回来使用一段时间后,就会发现电池的续航能力较之前下降不少,针对这一现象,科学家们不断研究后,终于搞懂了这个问题,并找出了相应的解决方法。


美国一家报道称,美国能源部的科学家们研究发现,锂离子电池的工作原理,是通过锂离子在阴阳两极的电解液中穿行而出现为设备供能的电流。至于为何会出现续航能力下降的现象,那是因为组成电池电极的材料经常会破裂分解,使得某些金属离子(这里特指锰元素)可以自由浮动并跑到相反的电极那,然后困陷住锂离子。就像下面这张图:


当锰离子(上图灰色)被从电池的阴极(蓝色区域)剥离时,就会与电池阳极(金色区域)附近的电解液发生反应,并捕获锂离子(上图绿黄色)。在继续使用锂离子电池的情况下,越来越多的锂离子被锁住,不能投入正常工作,电池的容量也因此而逐渐降低,最终导致无法继续供应理想的续航时间。


至于锂离子电池为何会爆炸,这个和锂离子电池的电极有关。锂离子电池有一个正极材料和一个负极材料,在这里正极材料是通常是锂钴氧,而负极材料则有很多种,最常见的石墨(碳)。充电时锂钴氧中的锂离子会游过中间的电解质,附着在负极上,而放电时则是相反,从负极的碳游回锂钴氧这一侧。


在锂离子电池中,带有最大的危险的不是两个电极,而是中间的有机电解质溶剂,以易燃的醚类最多。当电池因为任何原因短路时,电池内能量会在短时间以热的形式释放出来,点燃这些作为溶剂的醚类,引发爆炸。


不过这爆炸现象确实是少数,大多锂离子电池都会在内部设置自我保护机制。比如说,每颗锂离子电池都内建了一颗控制芯片,这颗控制芯片会监控电池的电压和温度,超出设定的范围,芯片就会自动断电。此外,每颗电池还会设计排气孔,让因高温出现的气体可以顺利地排掉,不至于累积出现爆炸。


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