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手機(jī)電池技術(shù):為何鋰離子電池會(huì)著火

作者編寫了美國(guó)IT網(wǎng)站PCWorld的文章，詳細(xì)論述了移動(dòng)設(shè)備中鋰離子電池的原理、缺陷以及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

化學(xué)原理

移動(dòng)設(shè)備中使用的電池是化學(xué)工程的產(chǎn)物:在一個(gè)小立方體中儲(chǔ)存大量的能量可以讓設(shè)備運(yùn)行數(shù)小時(shí)。它是如何工作的?你怎么樣才能最大限度地利用它呢?

大多數(shù)現(xiàn)代移動(dòng)設(shè)備使用鋰離子電池，它重要由兩部分組成:一對(duì)電極和它們之間的電解質(zhì)。有很多種電極信息，包括鋰、石墨，甚至納米線，但由于鋰的化學(xué)成分，它們都不是例外。它是一種活性金屬，因此很容易與其它元素合成。純鋰非?；钴S，可以在空氣中自燃，所以大多數(shù)電池使用鈷酸鋰，這更安全。

在兩個(gè)電極之間是一種電解質(zhì)，通常是一種電子可以移動(dòng)的液體有機(jī)溶劑。當(dāng)鋰離子電池充電時(shí)，鋰鈷氧化物分子捕獲電子，在電池壽命期間釋放它們，然后支持手機(jī)。

鋰是最常見的電池類型，因?yàn)樗梢栽谧钚〉目臻g存儲(chǔ)最多的能量。這一需求是以能量密度來(lái)衡量的，即每千克電池所儲(chǔ)存的能量，單位是瓦特小時(shí)(wh)。鋰離子電池的能量密度通常為每千克150到250瓦時(shí)，而鎳氫電池的能量密度僅為每千克100瓦時(shí)。換句話說(shuō)，鋰離子電池比其他類型的電池更小、更輕，因此它們可以壓縮設(shè)備的體積，但仍能保持較長(zhǎng)的電池壽命。

這個(gè)化學(xué)過(guò)程可以概括為:設(shè)備中的電池可以儲(chǔ)存能量，然后內(nèi)部的化學(xué)物質(zhì)可以以任何可能的方式釋放能量。但它也帶來(lái)了一些問(wèn)題，比如最新的波音787夢(mèng)想飛機(jī)(Boeing787dreamliner)的電池在?？繒r(shí)著火。

這是鋰離子電池的缺點(diǎn)之一:假如放電過(guò)多，電池內(nèi)部的化學(xué)物質(zhì)就會(huì)分解，出現(xiàn)過(guò)多的鋰氧化物，進(jìn)而燃燒，出現(xiàn)更多的鋰氧化物，等等?；瘜W(xué)家稱之為熱逃逸，普通人看到的是火。這就是為何波音787被聯(lián)邦航空局停飛的原因。由于當(dāng)電池被刺穿時(shí)也會(huì)發(fā)生同樣的事情，美國(guó)運(yùn)輸安全管理局(TSA)建議航空公司的乘客將電池小心地存放在隨身行李中，而不是托運(yùn)。

電池容量

電池容量的單位是毫安時(shí)(mAh)，表示電池能供應(yīng)的總功率。例如，假如一個(gè)電池的容量是1000毫安，它可以持續(xù)供應(yīng)1000毫安的電流1小時(shí)。假如你的設(shè)備運(yùn)行在500毫安時(shí)，電池可以維持大約兩個(gè)小時(shí)。

然而，設(shè)備的電池壽命一直都比較混亂，因?yàn)樘囟ㄔO(shè)備消耗的電量取決于它執(zhí)行的任務(wù)。假如設(shè)備的屏幕是開著的，無(wú)線傳輸是開著的，處理器是全速運(yùn)行的，那么與屏幕是關(guān)著的，無(wú)線傳輸是關(guān)著的，處理器是空閑的情況相比，它會(huì)消耗更多的能量。

這就是為何消費(fèi)者應(yīng)該對(duì)電池續(xù)航時(shí)間更加謹(jǐn)慎的原因，他們可以通過(guò)降低屏幕亮度或關(guān)閉某些組件來(lái)延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間。假如你好奇，可以使用一些專門的應(yīng)用程序來(lái)監(jiān)測(cè)移動(dòng)設(shè)備的功耗和電池狀態(tài)，包括Android上的電池監(jiān)測(cè)小部件和iOS上的BaterryLifePro。

控制電流

嚴(yán)格控制鋰離子電池是必要的，因?yàn)樗兄鸬目赡苄?。電池制造商通過(guò)充電控制器處理電流，然后完成意圖。事實(shí)上，每個(gè)電池都內(nèi)置了一臺(tái)小型電腦，以防止電池放電過(guò)多。該模塊還控制充電時(shí)進(jìn)入電池的電流，在電池快溢出時(shí)減慢電流，防止充電過(guò)度。

為了展示這一過(guò)程，我們給三星GalaxyNote充電，測(cè)量了整個(gè)過(guò)程中的電流，并將其與相應(yīng)的功率比進(jìn)行了比較。從上圖可以看出，充電開始時(shí)電流最大，然后逐漸減小。在一天結(jié)束的時(shí)候，部分充電會(huì)有很長(zhǎng)的充電時(shí)間，因?yàn)榭刂破鲿?huì)減慢電流以防止電池過(guò)度充電。

未來(lái)發(fā)展

電池技術(shù)一直在提高，世界各地的許多實(shí)驗(yàn)室都在開發(fā)新的電池技術(shù)，以取代鋰離子電池或開發(fā)更先進(jìn)的電池。