锂电池天冷失活原理分析

发布时间:2021-08-24 阅读量:947 来源: 我爱方案网 作者: 我爱方案网整理

能量密度,指的是单位体积或单位重量的电池,能够存储和释放的电量,其单位有两种:Wh/kg,Wh/L,分别代表重量比能量和体积比能量。我们可以用一个等式来更加具象化能量密度这个概念:电池容量 x 电池电压 = 电池能量密度 x 电池体积。


而锂电池的发展在经历一个快速期后,近些年进入一个瓶颈期。像三星每年平均也只能提高 6.5% 的能量密度,其实是远远落后于半导体产业的摩尔定律的 。而且对于手机而言,本质上是一个非常理想的爆炸体,爆炸的主要原因正是因为能量聚集在一个密闭的空间内扩散不出去,而现在的手机为了防水性也是做得越来越密闭,越高的能量密度就可能带来越高的爆炸威力,这种风险其实是很大的,当年三星的 note7 其实就是一个非常惨痛的教训。


既然电池能量密度提升速度不高,那么就只能从电池体积入手了,而在手机日渐追求轻薄的现在,电池体积想要做到更大势必会和潮流相悖,所以这也是行不通的。


三星怕热,苹果怕冷,智能手机电池真的这么脆弱?


小编曾在一篇《锂离子电池安全使用指南》中看到:不要在温度过高或过低(低于零度)的环境中充电,温度过高容易引起电池过热,而温度过低时,金属锂会在负极表面析出形成锂结晶,锂结晶沉积会刺穿隔膜造成电池内短路(但现在有些电池已经加入了低温环境中阻止充电的技术)。


而更极端的环境温度: 45°C ,不但手机电池无法正常使用,而且影响电池的储存寿命,导致其性能永久恶化。


所以对于手机,在非理想的工作环境下,真的会被“冻”关机,而且低端寒冷会对手机电池的寿命产生负面影响。


化学学士,果壳实验室成员“卖口张要做技术青年”表示:


不考虑手机自身是否存在低温保护功能,单就电池性能而言,温度过低确实会导致电池放电困难,从而导致手机关机。


首先来看一下一般电池的放电特性:如下图,多数电池随着放电进行,电压先缓慢下降,超过某一放电程度后,电压会突降。

  

锂电池天冷失活原理分析


化学电池放电曲线示意图


一般把电压比较平稳的那一段称为“放电平台”,对应的用电器设计电压也会根据放电平台的电压来设计。比如标称电压为4.2V左右的锂离子电池的放电至3.3V开始电压突降,那么对应的手机往往就得在3.3V以上供电电压下才能正常开机。


低温时的电池表现


包括锂电池在内,所有的化学电池都是利用电化学反应提供电能。其输出电压会符合能斯特方程,根据这个方程可以推得——温度越低电池电压越低。


不同温度下电池放电曲线会下面这样:

  

锂电池天冷失活原理分析


不同温度下锂电池放电曲线示意图


其实电池充好了电,但是低温下提供不了那么高的电压,随着放电进行再降一降,就很快低于手机要求的最低电压了,于是你就看到手机自动关机。


此外,低温下电池电解液黏度增大也会阻碍载流离子迁移,这会导致电池内阻变大、路端电压降低。也是导致手机低温下自动关机的部分原因。


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