手机电池正极材料(锂离子电池负极材料的结构特点)

手机是人们现代生活的必需品,智能手机的普及让我们拥有更多的娱乐及办公方式,同时手机还能够帮助我们出行、移动支付。可以毫不夸张地说,如果我们出门在外没有手机,如果到了一个陌生的地方,几乎是寸步难行。

手机使用频率变多了,那么充电也变得更加频繁了,便有很多用户对手机电池的健康比较关心,毕竟谁电池容量的变化会直接影响到手机的使用感。那么怎么给手机充电更有利于电池的健康呢?在回答这个问题之前,我们需要先了解一下锂电池的工作原理。

如何给手机充电更健康?是用完电再一次性充满好,还是随时充好?

锂离子电池工作原理

我们日常所使用的手机基本都是锂离子电池,锂电池的主要结构有正极、负极、电解质、隔膜以及外壳。锂离子电池主要使用碳材料作为负极,一般为石墨;以含锂的化合物作为正极,主要有钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂

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钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂的结构

我们知道石墨是具有层状结构的,在电池满电的状态下,负极中的石墨层之间嵌入了大量的离子。在放电过程中,锂离子会从石墨层中脱出,进入处于正负极之间的电解质中,这些电解质主要为有机溶剂,可与锂离子结合并起到运输锂离子的作用。锂离子在到达负极之后会进入正极的晶体结构中。

放电时,锂离子负极中的锂离子会流向正极,而电子从负极流出经过外部电路流向正极,从而产生电流。充电时,离子和电子则向相反的方向流动。在充放电的过程中,锂离子会从正负极材料中不断嵌入、脱除,并在正负极之间来回流动,因此锂离子电池也被称为“摇椅电池”。

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锂离子电池工作原理图

手机如何充电更加健康

电池的健康状况与电池的结构变化密切相关,因此要知道哪种充电方式更加健康,实际上就是要了解哪种充电方式对电池的结构影响最小。

我们知道电池都有一个循环寿命,一般常用手机锂电池的循环次数都在500次以上,循环寿命一般是定义为:锂离子电池进行深度充放电时,其容量能保持在80%以上的循环次数。即电池从满电用到没电,再充满再用到没电,这样循环500次以后,电池容量依旧可以保持在原容量的80%以上,如果时间再久,就可能变为原来容量的80%以下,那么这个时候续航时间也大大缩短,也就可以考虑换一块电池了。

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之所以充放电会影响电池的寿命,主要是充放电过程中发生的化学反应会逐渐改变电池中材料的结构。上面讲到过,在充电过程中,锂离子会从正极流向负极,并嵌入在石墨层当中,充电时间越久,嵌入的离子越多。当层状石墨结构已经嵌满了锂离子时,如果这个时候依旧持续充电,那么,这些离子由于无法进入石墨结构中,便会在石墨层表面析出并结晶,结晶后会形成树枝状的针尖结构,这些结构也被称为锂枝晶,锂枝晶的存在容易刺穿正负极之间的薄膜,从而引发正负极之间短路,影响电池寿命,严重情况下甚至会发生自燃。

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锂枝晶的形成过程

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锂枝晶的形成易导致电池自放电而升温

1.避免电池充电过满

不过为了防止这种现象的发生,电池在设计时就已经加上了过充保护模块,因此通常我们并不需要担心这种事情发生。不过这个现象反映出了一个问题,那就是充电过多对电池来说并不是好事。虽说在正常情况下,锂枝晶现象很少发生,但随着电池负极碳层结构的变化,可嵌入的锂离子数量也会逐渐减少,如果电池长期充电过满,便有可能会出现不同程度的枝晶现象,缩短电池寿命。所以我们在充电时,并不需要也最好不要将电池充满至100%,因为这样反而会加速电池的老化。

一般来说,让手机保持在30%-80%的电池电量可以让电池更耐用。

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2.避免电池过量放电

电池不仅充电过满会影响寿命,并且如果经常过放对电池寿命也会有很大的影响。因为在放电时,锂离子会从负极的石墨碳层之间的位置脱出,但是如果电池过度放电,脱出的锂离子过多,则会造成负极的碳极片结构出现坍塌,坍塌之后再充电,锂离子就无法插入到负极了。这种结构的变化不可恢复,所以电池长期处于亏电状态对电池非常不利,会严重降低电池容量。因此当电量低于20%时,就尽量不要再使用手机了,应尽快使用充电器对手机进行充电,让手机电量保持在30%-80%之间。

如何给手机充电更健康?是用完电再一次性充满好,还是随时充好?

总的来说,

实际上锂离子电池适合多次少量的充电,比一次性快速充满更能让电池长期保持健康状态,这种充电方式也能增加电池的循环次数。即浅充浅放,没电就充,充完就拔。

手机使用时其它应该要注意的问题

1.新买的手机电池无需激活

很多人都有这种错误的认知,认为刚买回来的手机前几次使用的时候,要先充满电,再把电量耗尽,反复几次,这样才能将电池激活,电池的寿命会更长。之所以很多人会这么认为,主要是这个认知还停留在以前常用的镍氢电池,因为镍氢电池是有所谓的“记忆效应”,但是锂离子电池是没有这个效应的,因此即使是新买的手机也按照上面说的方式充电就够了。

2.最好不要边充电边用手机

边充电边玩手机,一方面可能会出现漏电现象,另一方面充电产生的热量再加上手机如果高负荷运行产生的热量容易使手机电池处于高温状态,高温环境不仅会影响电池健康,同时内部化学物质也会变得更加活泼,这可能会带来一定的安全风险。

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3.充电时先插充电器再插手机

之所以充电时先插充电器,主要是为了防止浪涌现象对手机造成伤害。浪涌,也叫突波,是超出正常工作电压的瞬间过电压,发生在仅仅几百万分之一秒时间内的瞬态剧烈的脉冲。这个现象容易发生在手机充电器插上插头的那一刻,因此为了让充电电压稳定,在充电时最好先把充电器插上插板之后再将充电线插上手机。

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