充電機充電鋰電池在冬天失活到底是咋回事？
2019-1-16 11:00:39??????點擊：
現在的電子產品在大面積應用充電機充電鋰電池之后，是越來越嬌貴了，尤其是處在低溫區的小伙伴們，一到寒冬時節，手機就容易出現各種各樣的問題，比如低溫自動關機、充不進電、突然跳電等問題。
探尋原因
最近中國信息通信研究院對這個問題進行了實驗，實驗人員準備了兩塊3400mAh的電池，將其充滿電，然后將一塊放在23℃的環境中，另一塊放在﹣10℃的環境中，以相同的速度進行放電。結果發現常溫下電池放電的時間為5小時9分鐘，放電量為3420mAh，而在﹣10℃的環境中，電池4小時5分鐘時就耗電完畢，放電量也只有2716mAh。
原因就是在于低溫會降低充電機充電鋰電池的化學反應速率，從而導致可容電量變小的情況。那么，為什么不加大電池容量去讓手機在冬天能夠更經用呢？
這里就要牽扯到一個能量密度的概念，能量密度，指的是單位體積或單位重量的電池，能夠存儲和釋放的電量，其單位有兩種：Wh/kg，Wh/L，分別代表重量比能量和體積比能量。我們可以用一個等式來更加具象化能量密度這個概念：電池容量×電池電壓=電池能量密度×電池體積。
而充電機充電鋰電池的發展在經歷一個快速期后，近些年進入一個瓶頸期。像三星每年平均也只能提高6.5%的能量密度，其實是遠遠落后于半導體產業的摩爾定律的。而且對于手機而言，本質上是一個非常理想的爆炸體，爆炸的主要原因正是因為能量聚集在一個密閉的空間內擴散不出去，而現在的手機為了防水性也是做得越來越密閉，越高的能量密度就可能帶來越高的爆炸威力，這種風險其實是很大的，當年三星的note7其實就是一個非常慘痛的教訓。
既然電池能量密度提升速度不高，那么就只能從電池體積入手了，而在手機日漸追求輕薄的現在，電池體積想要做到更大勢必會和潮流相悖，所以這也是行不通的。
“傲嬌”的充電機充電鋰電池不止怕熱，還怕冷！
據了解，對一般的手機設計來說，電池運行的最佳溫度在0°C至35°C，過高的溫度(>35°C)可能永久損壞電池容量，而在非常寒冷的環境下(低于0°C)使用手機時，則會使電池的使用時間降低，最終導致手機關閉，但當電池溫度返回正常適用范圍，其性能也會隨之恢復正常。
而更極端的環境溫度：小于-20°C或大于45°C，不但手機電池無法正常使用，而且影響電池的儲存壽命，導致其性能永久惡化。
所以對于手機，在非理想的工作環境下，真的會被“凍”關機，而且低端寒冷會對手機電池的壽命產生負面影響。
首先來看一下一般電池的放電特性：如下圖，多數電池隨著放電進行，電壓先緩慢下降，超過某一放電程度后，電壓會突降。
化學電池放電曲線示意圖
一般把電壓比較平穩的那一段稱為“放電平臺”，對應的用電器設計電壓也會根據放電平臺的電壓來設計。比如標稱電壓為4.2V左右的鋰離子電池的放電至3.3V開始電壓突降，那么對應的手機往往就得在3.3V以上供電電壓下才能正常開機。
低溫時的電池表現
包括充電機充電鋰電池在內，所有的化學電池都是利用電化學反應提供電能。其輸出電壓會符合能斯特方程，根據這個方程可以推得——溫度越低電池電壓越低。
不同溫度下電池放電曲線會下面這樣：
不同溫度下充電機充電鋰電池放電曲線示意圖
其實電池充好了電，但是低溫下提供不了那么高的電壓，隨著放電進行再降一降，就很快低于手機要求的最低電壓了，于是你就看到手機自動關機。
此外，低溫下電池電解液黏度增大也會阻礙載流離子遷移，這會導致電池內阻變大、路端電壓降低。也是導致手機低溫下自動關機的部分原因。
低溫對電池有無傷害？
就電池反應本身而言，它只隨溫度降低而電壓下降，只要溫度回升電壓就會恢復，這種類型的影響是可逆的。
但是，在更低的溫度下，電池中的電解液有可能析出晶體，這些晶體析出后不一定能在回暖后完全溶解回去(充放電次數過多導致的電池容量下降也和晶體析出有關)。“更極端的情況”可能導致電池永久惡化。
當然，充電機充電鋰電池根據電極材料和電解液成分劃分有很多種型號，每種型號的抗低溫能力不一定相同，設計工作溫度也會受設備中電池保溫/散熱性能影響。比如蘋果手機等設備推薦使用溫度在0~35℃，而MacBook則為10~35℃。據我了解，還有其他很多廠商的手機推薦工作溫度則更寬泛一些。這些都可能和他們使用的電池型號不同有關。
使用手機生產商提供的原配電池，不要因貪圖便宜而使用不知名的廠商生產的電池;
不要在溫度過高或過低(低于零度)的環境中充電，溫度過高容易引起電池過熱，而溫度過低時，金屬鋰會在負極表面析出形成鋰結晶，鋰結晶沉積會刺穿隔膜造成電池內短路(但現在有些電池已經加入了低溫環境中阻止充電的技術);
如果你需要在充電時使用某些容易使手機發熱的功能，或徹夜充電，那么最好摘掉手機套，以保證電池正常散熱;
保持手機有一半以上的電量對延長電池壽命很有幫助，因為鋰離子電池在低電壓下容易受損;
注意充電環境，盡量不要在易燃物附近、車內或安全通道內充電;
低溫環境中，盡量維持電池溫度在工作溫度范圍內，如長時間把手機窩在溫暖的口袋里。有人問過加棉或者絨的保暖套管不管用？這些保暖裝備的根本原理都只是盡量隔熱，減緩手機溫度降低，最終還是能降到自動關機的程度。
探尋原因
最近中國信息通信研究院對這個問題進行了實驗，實驗人員準備了兩塊3400mAh的電池，將其充滿電，然后將一塊放在23℃的環境中，另一塊放在﹣10℃的環境中，以相同的速度進行放電。結果發現常溫下電池放電的時間為5小時9分鐘，放電量為3420mAh，而在﹣10℃的環境中，電池4小時5分鐘時就耗電完畢，放電量也只有2716mAh。
原因就是在于低溫會降低充電機充電鋰電池的化學反應速率，從而導致可容電量變小的情況。那么，為什么不加大電池容量去讓手機在冬天能夠更經用呢？
這里就要牽扯到一個能量密度的概念，能量密度，指的是單位體積或單位重量的電池，能夠存儲和釋放的電量，其單位有兩種：Wh/kg，Wh/L，分別代表重量比能量和體積比能量。我們可以用一個等式來更加具象化能量密度這個概念：電池容量×電池電壓=電池能量密度×電池體積。
而充電機充電鋰電池的發展在經歷一個快速期后，近些年進入一個瓶頸期。像三星每年平均也只能提高6.5%的能量密度，其實是遠遠落后于半導體產業的摩爾定律的。而且對于手機而言，本質上是一個非常理想的爆炸體，爆炸的主要原因正是因為能量聚集在一個密閉的空間內擴散不出去，而現在的手機為了防水性也是做得越來越密閉，越高的能量密度就可能帶來越高的爆炸威力，這種風險其實是很大的，當年三星的note7其實就是一個非常慘痛的教訓。
既然電池能量密度提升速度不高，那么就只能從電池體積入手了，而在手機日漸追求輕薄的現在，電池體積想要做到更大勢必會和潮流相悖，所以這也是行不通的。
“傲嬌”的充電機充電鋰電池不止怕熱，還怕冷！
據了解，對一般的手機設計來說，電池運行的最佳溫度在0°C至35°C，過高的溫度(>35°C)可能永久損壞電池容量，而在非常寒冷的環境下(低于0°C)使用手機時，則會使電池的使用時間降低，最終導致手機關閉，但當電池溫度返回正常適用范圍，其性能也會隨之恢復正常。
而更極端的環境溫度：小于-20°C或大于45°C，不但手機電池無法正常使用，而且影響電池的儲存壽命，導致其性能永久惡化。
所以對于手機，在非理想的工作環境下，真的會被“凍”關機，而且低端寒冷會對手機電池的壽命產生負面影響。
首先來看一下一般電池的放電特性：如下圖，多數電池隨著放電進行，電壓先緩慢下降，超過某一放電程度后，電壓會突降。
化學電池放電曲線示意圖
一般把電壓比較平穩的那一段稱為“放電平臺”，對應的用電器設計電壓也會根據放電平臺的電壓來設計。比如標稱電壓為4.2V左右的鋰離子電池的放電至3.3V開始電壓突降，那么對應的手機往往就得在3.3V以上供電電壓下才能正常開機。
低溫時的電池表現
包括充電機充電鋰電池在內，所有的化學電池都是利用電化學反應提供電能。其輸出電壓會符合能斯特方程，根據這個方程可以推得——溫度越低電池電壓越低。
不同溫度下電池放電曲線會下面這樣：
不同溫度下充電機充電鋰電池放電曲線示意圖
其實電池充好了電，但是低溫下提供不了那么高的電壓，隨著放電進行再降一降，就很快低于手機要求的最低電壓了，于是你就看到手機自動關機。
此外，低溫下電池電解液黏度增大也會阻礙載流離子遷移，這會導致電池內阻變大、路端電壓降低。也是導致手機低溫下自動關機的部分原因。
低溫對電池有無傷害？
就電池反應本身而言，它只隨溫度降低而電壓下降，只要溫度回升電壓就會恢復，這種類型的影響是可逆的。
但是，在更低的溫度下，電池中的電解液有可能析出晶體，這些晶體析出后不一定能在回暖后完全溶解回去(充放電次數過多導致的電池容量下降也和晶體析出有關)。“更極端的情況”可能導致電池永久惡化。
當然，充電機充電鋰電池根據電極材料和電解液成分劃分有很多種型號，每種型號的抗低溫能力不一定相同，設計工作溫度也會受設備中電池保溫/散熱性能影響。比如蘋果手機等設備推薦使用溫度在0~35℃，而MacBook則為10~35℃。據我了解，還有其他很多廠商的手機推薦工作溫度則更寬泛一些。這些都可能和他們使用的電池型號不同有關。
使用手機生產商提供的原配電池，不要因貪圖便宜而使用不知名的廠商生產的電池;
不要在溫度過高或過低(低于零度)的環境中充電，溫度過高容易引起電池過熱，而溫度過低時，金屬鋰會在負極表面析出形成鋰結晶，鋰結晶沉積會刺穿隔膜造成電池內短路(但現在有些電池已經加入了低溫環境中阻止充電的技術);
如果你需要在充電時使用某些容易使手機發熱的功能，或徹夜充電，那么最好摘掉手機套，以保證電池正常散熱;
保持手機有一半以上的電量對延長電池壽命很有幫助，因為鋰離子電池在低電壓下容易受損;
注意充電環境，盡量不要在易燃物附近、車內或安全通道內充電;
低溫環境中，盡量維持電池溫度在工作溫度范圍內，如長時間把手機窩在溫暖的口袋里。有人問過加棉或者絨的保暖套管不管用？這些保暖裝備的根本原理都只是盡量隔熱，減緩手機溫度降低，最終還是能降到自動關機的程度。
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