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手机、电脑、电动车没电了再充电?里面的锂离子电池恐怕受不了

出品:科普中国

制作:陈星

监制:中国科学院计算机网络信息中心

锂电池,严格来说,是一种以锂金属或锂合金为阳极材料,使用非水电解质溶液的电池,是一种一次性电池。我们平时所说的锂电池主要是指锂离子电池,它是一种充电电池,主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。锂离子电池使用一个嵌入的锂化合物作为一个电极材料。目前,用作锂离子电池的正极材料主要常见的有:LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2及LiFePO4。

(图片来自网络)

可充电的锂离子电池有着广泛的应用,目前我们在各种电子设备上使用的电池都是锂离子电池。例如,手机,平板电脑,笔记本电脑,甚至是电动汽车等。

之所以它有这样广泛的应用,都是由于它具有优越的性质。综合起来看,它具有能量密度大、平均输出电压高、自放电小,而且没有记忆效应、工作温度范围宽、循环性能优越、可快速充放电、充电效率高、输出功率大、使用寿命长、不含有毒有害物质等相当多的优点。

(图片来自网络)

锂离子聚合物电池是最常用的锂离子电池,它在各种电子设备上都非常常见。这种锂聚合物作为普通锂离子电池的改进品,利用胶态或固态聚合物取代了普通锂离子电池中的液态有机溶剂,其安全性较好,不会爆发,且可以塑造各种不同形状的电芯。因此,在各种手持电子设备和纯电动汽车上都在使用这种锂聚电池。

相比于普通的手持电子设备上的锂聚电池,现代纯电动汽车上的锂聚电池还具有以下的优点:

1.电池容量大。现代的纯电动汽车的电池容量一般都非常大,例如特斯拉的Model 3 系列中最低的电池容量都有50 KWH,相当于是50度电。这么大的电池容量是靠很多节的锂离子电池通过串联和并联结合在一起而实现的。

2.充电时间短。现在的电动车一般都具有快充功能。一般来说快充可以在半个小时的时间充满80%的电量,后续的20%由于安全原因需要较长的时间。但是这也已经很方便了。比如,国产的纯电动汽车的续航一般在200KM左右, 80% 的电量已经能够行驶160KM左右,这对于短距离的城市通勤来说已经足够了。

3.电池寿命长。手机或者笔记本电脑的锂聚合电池的使用寿命一般来说都在5年以下,超过5年以后电池的容量就会严重下降,不能满足需求。但是5年对于电动汽车来说有些短,不能满足需求,因为一般车辆的使用时间都会在10年以上。因此纯电动汽车的电池一般都是经过改进的锂离子电池,使用寿命一般都在10年以上。

当然,除了以上各种优点之外,锂离子电池也存在着一些缺点,例如,不耐受过放电。过放电时,过量嵌入的锂离子会被固定于晶格中,无法再释放,导致寿命缩短,深度放电更可能使电池损坏。

所以,使用至低电量会损伤锂离子电池。因此,无论是手机,笔记本电脑还是电动汽车,都不应该在电池电量用完是再准备充电,一般来说,如果有条件的话应该在电池还有40%-50%左右的电量时就进行充电。

除此之外,锂离子电池也不耐受过充。过充电时,电池正极极会脱嵌过多锂离子,长时间的过充可能导致晶格坍塌,从而不可逆地降低锂离子电池的容量。

总之,锂离子电池技术的出现加速了电子设备,例如手机,笔记本电脑的普及。另外纯电动汽车的商业化也离不开锂离子电池技术的发展。大容量、充放电较快的锂离子电池必将有力带动纯电动汽车市场的发展。

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