电量焦虑之外，竟然还有容量焦虑！你的手机电池健康度是多少？

　　在当代生活中，智能手机已经成为所有人不可或缺的一部分，因为手机的不断发展进步，给整个社会带来了很大的便捷性。但是，随着5G时代的到来，越来越多的人发现，手机的电池越来越不耐用了。
　　别急，接下来和大家分享关于手机充电的那些事。
　　在5G时代的手机圈，一直流传着一句话，电池不够，快充来凑。这句话，懂得都懂！
　　举个例子，华为的supercharge为66W快充，OPPO的supervoo也是65W快充，后有荣耀的100W，小米的120W，现在的真我都搞出来了240W快充
　　早在2016年4G时代，LG在2016年做了一项调查，结果显示90的人在手机电量低于20的时候感到恐慌。但随着日常生活中手机使用的频率和强度的不断攀升，大多数人还是逐渐从一天一充变成了一天N充，甚至于不少人在出门的时候都会带上充电宝以备不时之需。
　　锂离子电池工作原理
　　目前市面上绝大多数手机所使用的电池都是诺奖级别的成果锂离子电池。相比于镍氢、锌锰、蓄铅等传统电池来说，锂离子电池具有容量大、体积小、电压平台高、循环寿命长等优势，正是因为它们的这些优点，才使得手机能够做到更小巧的外形和更持久的续航。
　　手机中的锂离子电池正极通常使用LiCoO2（钴酸锂），NCM，NCA材料；手机中的负极材料主要有人造石墨、天然石墨、MCMB、SiO等。在充电的过程中，锂以锂离子的形式从正极中脱嵌，通过电解质移动最终嵌入到负极中，而放电的过程则正好相反。因此，充放电的过程，就是锂离子在正、负极之间不断往返嵌入脱嵌和插入脱插的循环，被形象地称为摇椅电池。
　　锂电池工作原理：锂离子随充放电在正负极间不断往返。锂电池工作原理：锂离子随充放电在正负极间不断往返。
　　锂离子电池寿命下降的原因
　　新买来的手机，一开始的续航能力都还不错，在使用一段时间之后则会变得越来越不耐用，举个例子：新手机充满电之后大概能用上3648个小时，但是大半年以后，同样满格电只能坚持24小时甚至更短的时间。
　　主要原因有以下几点：
　　过充和过放
　　锂离子电池依靠锂离子在正负极之间移动来工作，因此，锂离子电池的正负极能够容纳的锂离子的数量与其容量直接相关。当对锂离子电池进行深度充放电时，其正负极材料的结构可能会出现破坏，能够容纳锂离子的空间变少，进而其容量也随之降低，也就是我们常说的电池寿命的降低。
　　深度充放电50次前（a）后（b）LiCoO2正极材料电镜拍摄结果
　　深度充放电后的LiCoO2出现了结构破坏
　　电池寿命通常用循环寿命来评价，即对锂离子电池进行深度充放电，其容量能够保持在80以上的充放电循环次数。
　　国标GBT18287对手机中锂离子电池循环寿命的要求为不低于300次，这是否意味着我们的手机电池在充放电300次后就会变得不耐用了呢？答案是否定的。
　　其一、循环寿命的测量中，电池容量的衰减是一个渐变的过程，并不是断崖式或台阶式的；其二、对锂离子电池进行的是深度充放电，而在日常使用过程中，电池管理系统有对电池的保护机制，在充满后会自动断电，在电量不足时会自动关机，能够尽可能地避免深度充放电，因此手机电池的实际寿命是高于300次的。
　　但我们也不能完全依赖于优秀的电池管理系统，长期让手机处于低电量或者满电量也有可能损伤电池导致其容量减少。因此给手机充电的最好方式就是浅充浅放，没电就充，充满就拔。长期不使用手机时，保持其有一半电量也能有效延长其使用寿命。
　　过冷或过热条件下充电
　　锂离子电池对温度也有较高的要求，其正常工作（放电）温度范围在0C到35C之间。在低温条件下、电解质离子电导率下降、电荷转移阻抗增加、锂离子电池表现会变差，直观感受便是容量的降低。但这种容量的衰减是可逆的，在温度恢复到室温后，锂离子电池的表现会恢复正常。
　　然而如果在低温条件下给电池充电，由于负极极化可能导致其电势达到金属锂的还原电势，进而导致锂金属在负极表面沉积，这一方面会导致电池容量的减少，另一方面存在着锂枝晶生成的可能，导致电池短路进而引发危险。
　　在高温条件下给锂离子电池充电，也会使得锂离子正负极结构改变，从而导致电池容量不可逆的衰减。因此，尽量避免在过冷或过热条件下给手机充电，也能够有效延长其使用寿命。
　　关于充电的正确理解
　　整夜充电，对手机电池的使用寿命会有影响吗？
　　过充和过放会影响电池的寿命，但整夜充电并不等于过充。一方面，手机在充满电后会自动断电；另一方面，目前许多手机采用先将电池快充至80容量，随后转换为较慢的涓流充电的充电方式。因此睡觉的时候放心地给手机充电吧，这些问题工程师在设计时都帮大家考虑过了。
　　夏季天气炎热，手机在充电的时候会出现高温情况，需要怎么操作？
　　电池充电伴随着化学反应、电荷转移等复杂过程，这些过程往往伴随着热量的产生，因此充电时手机发热是正常的情况。而手机出现的高温发烫现象一般是由散热不佳等原因导致，而不是电池本身出了问题，在充电时把保护套取下让手机更好的散热，也能够有效延长手机的使用寿命。
　　充电宝和车载充电器给手机充电，会影响手机电池的使用寿命吗？
　　不会。无论是用充电宝还是车载充电器，只要是使用符合国家标准的充电设备给手机充电，都不会影响手机电池的使用寿命。
　　用充电线插在电脑上给手机充电，和插在电源插座上的充电头连接充电线给手机充电，充电的效率一样吗？
　　无论是用充电宝、车载充电器、电脑还是直接插在电源上充电，充电速率只与充电器和手机支持的充电功率有关系，5W的充电器（5V1A）的充电速度就比18W的充电器（9V2A）慢。
　　手机在充电的时候可以使用吗？之前出现过的充电时打电话被电死的案例，是什么原因导致的？
　　充电状态下的手机是可以使用。手机充电时，充电器会将220V高压交流电通过变压器转变为低压（例如常见的5V）直流来给电池供电，只有低压部分是连接到手机上的，而一般情况下人体的安全电压为36V，也就是说，在正常充电下，即使手机外壳漏电，低输出电压也不会对人体造成伤害。
　　综上所述：
　　至于网络上充电时打电话被电死的相关新闻，可以发现基本都是转载的内容，最原始的资料来源难以考证，也没有任何官方等权威机构的情况通报，难以判断相关新闻的真实性。但就使用符合国家标准的合格充电设备给手机充电的情况而言，充电时打电话被电死属于危言耸听了。但这也提醒我们，给手机充电时务必要使用正规厂商生产的符合相关国家标准的充电器。
　　此外，在使用手机的过程中不要自主拆卸电池，当电池出现鼓包等异常情况时，也要及时停止使用并向手机厂商更换，尽可能避免因电池使用不当而产生的安全事故。
　　到这里，肯定有很多朋友会脱口而出，日后的锂电池技术必然会有提高，不用太担心。不错这个话，没问题。那么接下来，和大家谈谈当下的手机锂电池。
　　手机锂电池
　　手机锂电池主要由塑胶壳上下盖、。锂电芯、保护线路板（PCB）和可恢复保险丝（polyswitch）组成。有的厂家还配置了NTC、识别电阻、震动马达或充电电路等元件。锂电池属于耐用品，所以并不娇贵，大家可坦然待之。
　　锂电池的功能：
　　（1）锂电芯：提供可充放电源。
　　（2）保护线路板（PCB）：防止电池过充过放短路。
　　（3）可恢复保险丝（PTC）：正热敏电阻起到高温保护作用同时又是保护线路板失效后的二重保护。
　　（4）可恢复保险丝（NTC）：负热敏电阻，感应电池内部温度起到低温保护作用。
　　（5）识别电阻：识别原装电池非原装电池不能使用。
　　（6）自动储备紧急电源。
　　优缺点：
　　优点：
　　1、比能量高。具有高储存能量密度，目前已达到460600Whkg，是铅酸电池的约67倍；
　　2、使用寿命长，使用寿命可达到6年以上，磷酸亚铁锂为正极的电池用1CDOD充放，有可以使用10，000次的记录；
　　3、额定电压高（单体工作电压为3。7V或3。2V），约等于3只镍镉或镍氢充电电池的串联电压，便于组成电池电源组；
　　4、具备高功率承受力，其中电动汽车用的磷酸亚铁锂锂离子电池可以达到1530C充放电的能力，便于高强度的启动加速；
　　5、自放电率很低，这是该电池最突出的优越性之一，目前一般可做到1月以下，不到镍氢电池的120；
　　6、重量轻，相同頭筿体积下重量约为铅酸产品的156；
　　7、高低温适应性强，可以在2060的环境下使用，经过工艺上的处理，可以在45环境下使用；
　　8、绿色环保，不论生产、使用和报废，都不含有、也不产生任何铅、汞、镉等有毒有害重金属元素和物质。
　　比能量指的是单位重量或单位体积的能量。比能量用Whkg或WhL来表示。Wh是能量的单位，W是瓦、h是小时；kg是千克（重量单位），L是升（体积单位）。
　　缺点：1、锂原电池均存在安全性差，有发生爆炸的危险。2、钴酸锂的锂离子电池不能大电流放电，安全性较差。3、锂离子电池均需保护线路，防止电池被过充过放电。4、生产要求条件高，成本高。5、锂电池充电时间不定。
　　使用方法
　　由于锂电池的特性，并不需要进行放电和过充操作。电池的寿命完全取决于有效充电时间的多少。也就是说，即使你只用掉一半就开始充电对电池寿命也并无影响。
　　1、认识记忆效应
　　电池记忆效应是指电池的可逆失效，即电池失效后可重新恢复的性能。记忆效应是指电池长时间经受特定的工作循环后，自动保持这一特定的倾向。这个最早定义在镍镉电池，镍镉的袋式电池不存在记忆效应，烧结式电池有记忆效应。而现在的镍金属氢（俗称镍氢）电池不受这个记忆效应定义的约束。
　　因为现代镍镉电池工艺的改进，上述的记忆效应已经大幅度的降低，而另外一种现象替换了这个定义，就是镍基电池的晶格化，通常情况，镍镉电池受这两种效应的综合影响，而镍氢电池则只受晶格化记忆效应的影响，而且影响较镍镉电池的为小。
　　在实际应用中，消除记忆效应的方法有严格的规范和一个操作流程，操作不当会适得其反。
　　对于镍镉电池，正常的维护是定期深放电：平均每使用一个月（或30次循环）进行一次深放电（放电到1。0V每节，老外称之为exercise），平常使用是尽量用光电池或用到关机等手段可以缓解记忆效应的形成，但这个不是exercise，因为仪器（如手机）是不会用到1。0V每节才关机的，必须要专门的设备或线路来完成这项工作，幸好许多镍氢电池的充电器都带有这个功能。
　　对于长期没有进行exercise的镍镉电池，会因为记忆效应的累计，无法用exercise进行容量回复，这时则需要更深的放电（老外称recondition），这是一种用很小的电流长时间对电池放电到0。4V每节的一个过程，需要专业的设备进行。
　　对于镍氢电池，exercise进行的频率大概每三个月一次即可有效的缓解记忆效应。因为镍氢电池的循环寿命远远低于镍镉电池，几乎用不到recondition这个方法。
　　建议1：每次充电以前对电池放电是没有必要，而且是有害的，因为电池的使用寿命无谓的减短了。
　　建议2：用一个电阻接电池的正负极进行放电是不可取的，电流没法控制，容易过放到0V，甚至导致串联电池组的电池极性反转。
　　2、电池需要激活吗
　　回答是电池需要激活，但这不是用户的要做的事。笔者参观过锂离子电池的生产厂，锂离子电池在出厂以前要经过如下过程：锂离子电池壳灌输电解液封口化成，就是恒压充电，然后放电，如此进行几个循环，使电极充分浸润电解液，充分活化，以容量达到要求为止，这个就是激活过程分容，就是测试电池的容量选取不同性能（容量）的电池进行归类，划分电池的等级，进行容量匹配等。这样出来的锂离子电池到用户手上已经是激活过的了。
　　我们大家常用的镍镉电池和镍氢电池也是如此化成激活以后才出厂的。其中有些电池的激活过程需要电池处于开口状态，激活以后再封口，这个工序也只可能由电芯生产厂家来完成了。
　　这里存在一个问题，就是电池厂出厂的电池到用户手上，这个时间有时会很长，短则1个月，长则半年，这个时候，因为电池电极材料会钝化，所以厂家建议初次使用的电池最好进行35次完全充放过程，以便消除电极材料的钝化，达到最大容量。
　　总结一下，因为目前手机使用的锂电池是液态的，目前全球各国都在大力发展固态锂电池。因为项目液态锂电池，全固态电池中的固态电解质，可以杜绝液态电解质带来的易燃易爆炸与漏液等问题，实现安全储能。除此之外，全固态电池的能量密度相较传统商用锂电池有更大的提升空间。因此全固态锂电池的普及将有利于新能源产业的进一步发展，为实现碳达峰、碳中和的目标提供助力。
　　新型固态电解质助力全固态电池商业化锂想
　　针对这一问题，中国科学技术大学马骋教授团队设计并合成了一种同时具有成本与性能优势的锂电池固态电解质。该工作克服了固态电解质材料生产成本和综合性能难以兼得的瓶颈。
　　马骋教授课题组设计并合成了一种新型氯化物固态电解质氯化锆锂（Li2ZrCl6）。这一材料成功将50微米厚度时的原材料成本降低至1。38美元平方米，罕见的远远低于10美元平方米这一确保全固态电池市场竞争力的阈值，而此前最廉价的氯化物固态电解质相对应的成本为23。05美元平方米，远远超过10美元平方米的阈值。除此之外，氯化锆锂在湿度高达5（对应露点15C）时仍保持稳定，因此其合成和储存对气氛的要求并不苛刻，进一步降低了生产成本。
　　同样值得关注的是，生产成本的大幅降低并没有以牺牲性能作为代价。在离子电导率、可变形性、与高电压正极的相容性等方面，氯化锆锂很好的继承了氯化物固态电解质相对于其它固态电解质的优势。由其组成的全固态电池的循环性能甚至远远超过基于硫化物和氧化物固态电解质的同类电池以单晶高镍三元材料（LiNi0。8Mn0。1Co0。1O2）作为正极时，基于氯化锆锂的全固态电池在200mAg1的大电流密度下循环200圈后容量仍能达到约150mAhg1。
　　氯化锆锂的发现使氯化物固态电解质兼具性能和量产成本的优势
　　氯化锆锂的发现使氯化物固态电解质兼具性能和量产成本的优势
　　氯化锆锂同时在生产成本及综合电化学性能方面具备显著优势，这在固态电解质中是十分罕见的，它的发现为商业化量产全固态电池克服了重大挑战。全固态锂电池的商业化对实现’碳达峰、碳中和’的目标有着重要意义，马骋教授提到，尤其在新能源电动汽车领域，全固态锂电池或许是安全问题的最终解决方案。
　　好了，本篇文章就说到这里。我是陆陆科技人，我们说车谈科技。
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