内容字号：
段落设置：
字体设置：
精准搜索请尝试：
为什么电池容量越用越少？
来源：作者：张学元责编：暴龙
电池的耐用程度一直让研究人员非常纠结，因为无论电池的容量多大，如果不能重复多次充电就没有意义。我们都知道锂电池会随着使用而减少容量，但从来就没有人知道为什么。近日，美国能源机构发现了电池“衰老”的原因：纳米尺寸的晶体。
学者仔细研究了现代电池阴阳极的材料，他们发现这些材料直接会在使用过程中受到腐蚀，但腐蚀的机制尚未明确。Brookhaven National Laboratory的团队通过透射电子显微镜观察高质量镍氧阴极，并记录它们在反复充放电时的变化。
该实验表明，当锂离子通过阴阳极的时候，会“卡”在离子通道当中，它们会和镍氧化物反应，并生成微小的晶体。这些晶体会改变电池内部的结构，并让其他离子无法高效的反应，从而减少了可用的电池容量。令人惊讶的是，这样的衰弱是随机的，并没有任何规律可言。
锂电池不够完美的原因在于，电池的元件本来就不完美。无论我们多么注意阴阳极的结构，微小的损伤就会产生晶体。就像煮水的时候，表面不平的容器更容易让热水产生气泡。可以这样说，只要电池材料有缺口，纳米晶体就会产生。
左图箭头所指：锂离子通道；右图为原子丢失层
美国能源机构还发起了第二项研究，探索充电速度对电池容量的影响。他们发现，现代电池体积越来越小，这反而会减短电池的寿命。电池的体积越大，充电速度越快，纳米晶体形成的就越慢。
所以有什么方法可以预防纳米晶体的产生呢？至少让这个过程变得更慢吧。理论上是有解决方法的。学者发现用一种原子沉积物，它可以填充电池材料的缺陷，这至少能够减缓纳米晶体的产生。这样的方法虽然治标不治本，但它至少能够让电池在不牺牲耐用度的前提下减小体积。当然，学者们也在想办法打破这些晶体，并让老旧的电池“重生”。
这项研究可能比增加电池容量还来的有价值。对于硬件来说，产品的寿命取决于他们能够充放电多少次。目前，很多硬件使用不可拆卸的电源系统，这项研究可能可以让我们不再做“电奴”。
大家都在买
软媒旗下软件：
IT之家，软媒旗下科技门户网站 - 爱科技，爱这里。
Copyright (C) , All Rights Reserved.
版权所有 鲁ICP备号分享文章到微信
关注新文阁公众号
知乎日报：电池没用完就充电会影响电池的寿命或容量吗？
来源：新文阁
编辑：jian
导读 : 对于锂离子电池的寿命来说，这是一个囊括了材料学、晶体学、微观应力、电化学、高分子化学等多个二级甚至三级学科的命题范畴，而且是一个集理论、工程和经验于一身的复杂体系，尽管这些因素可能在某些问题上权重不一，但是只从一个方向或者角度去阐述问题是不够的，上面有人从电化学...
　　对于锂离子电池的寿命来说，这是一个囊括了材料学、晶体学、微观应力、电化学、高分子化学等多个二级甚至三级学科的命题范畴，而且是一个集理论、工程和经验于一身的复杂体系，尽管这些因素可能在某些问题上权重不一，但是只从一个方向或者角度去阐述问题是不够的，上面有人从电化学和电路知识方面进行了解析，我这里从材料、晶体和微观应力方面给出自己的看法，如有不对也请体谅：
　　文献里基本都是半电池测试，研究的对象都是正极层状材料，在此先说明。
　　首先，手机电池充电的三大阶段：化成、恒流充电和恒压充电。因此，将可能没有充满的情况分为以下 4 种：
　　1. 在第 1 种情况下拔出充电器应该是基本不会有人去做的，不必讨论。这个电流非常的小只是作为一个刺激或者激发效应，就算你想拔你的理智也不会允许，因为电量根本就充不进去多少!
　　2. 在第 2 种情况下拔出充电器，这个对应于很多人碰到紧急情况的处理方式，比如在某个地方充电时间很短过后因为急事马上要离开的情形。注意，这个阶段是所谓的化成阶段，说好听一点叫做&活化&，目的是为了使电极表面形成一层钝化或者保护膜,该层膜对锂离子电池的性能有重大影响，活化的时间越长，传荷阻抗就会越小，换言之就是电极的界面电化学活性(传递电子能力)得到充分的激发：
　　K. M. Shaju, G. V. Subba Rao, and B. V. R. Chowdari, Journal of The Electrochemical Society, 151 (2004)
　　Jianming Zheng, Ji-Guang Zhang and et al, Nano Letter, 14 (2014)
　　从左图上面看，开始化成阶段的开路电位下的传荷阻抗非常大，约为 310 欧姆，右图所示为粒子表面的 SEI(固体电解质)膜，这是一层保护性质的膜，只为锂离子穿梭。从黄色标记的文字我们可以读出，这么大的电阻是由于超低活性的表面覆盖膜导致的。而在充电的过程中，电池传荷阻抗的蹭蹭下降说明了这层钝化膜在电流的冲击作用下会被活化，这也是阻抗变小的原因。
　　化成阶段的作用就是活化电极表面的保护膜，使得锂离子脱出变得容易，如果你这时候拔出充电器，可能会造成的影响是：手机的正常功能都能使用，只是效率下降了不少，因为锂离子在放电回迁的过程还要遭遇之前没有活化完全的保护膜，其速度势必收到影响。
　　3. 在第 3 种情况下拔出充电器，这个是不想充满电量状况中较多的一类。
　　这是大家所熟知的恒流充电阶段，在这个阶段，电池电压大幅上升，锂离子大量脱出，是充电的主力阶段。这里自己画了一副模拟图：
　　土豆泥，知乎，(2015)
　　锂离子要脱出晶体的晶格，然后逃出电极内部，穿过电极表面和脱出钝化膜，游过电解液到达负极。而如果你在这个时候拔出充电器，很多的锂离子来不及反应，会有一部分就留在了晶格的内部的中介位置：
　　M. Sathiya, J-M. Tarascon and et al, NATURE MATERIALS,14 (2015)
　　这篇文章里用的过渡金属是 Ru 和 Ti，这个也是一种层状材料，其迁移的本质和钴酸锂三元基本一致，这里不作赘述。上面所说的中介位置就是左上图标记的四面体间隙，正常情况下锂离子和过渡金属离子都呆在八面体位置。再看左下图，充电到 4.0V 开始，XPS(X 射线光电子能谱)分析中显示 Ti2p(3/2)的结合能在 459.1eV 位置，这个位置就是四面体间隙，这个时候就有 15%的 Ti 离子呆在四面体间隙里面。右图是 HAADF-STEM(高角环形暗场扫描投射电子显微镜)的型号和高分辨相图，在充电 4.0V 位置，信号图里面有绿色的峰状图，这个就是由于金属离子占据四面体间隙所导致的，而蓝色的峰状是锂离子占据八面体间隙所致，黄色的峰状是金属离子占据了八面体间隙所致，大家可以看到在充电 4.0V 位置，这个时候金属离子占据中介位置是很严重的!如果这个时候停止恒流充电，那么会有很多锂离子被锁在这些四面体位置!
　　而这种机制会导致一种很严重的现象：电压衰减:
　　上图左图就是一个比较明显的电压衰减现象，在放电过程中操作电位不断降低，右图可以看出来，在 4.2V 为充电截止电压的条件下，循环到 20 周后就已经有 0.07V 的电压衰减，到一百周以后就会有接近0.35V的一个电压衰减，这个是一个很严重的电压降低现象，而电压的降低就会带来两个非常明显的问题&&电池比容量降低和质量比能量减少：
　　Debasish Mohanty, Claus Daniel and et al, Chem. Mater., 26 (2014)
　　这种容量衰减的直接后果就是，手机的使用时间不断地缩短需要充电的次数不断地增加。
　　而在恒流充电阶段拔出充电器的另一个后果就是&&材料表面的晶体缺陷增多：
　　Chong-Heng Shen, Ling Huang and et al, Journal of Materials Chemistry A, 3 (2015)
　　看到上图的颗粒表面，在 15nm 的区间内遍布着两种晶体缺陷：层错和位错。这两种叫做表面的微观应力，作用到晶格上就会有晶型的转变，就如上图所示，局部范围内的晶格由层状的 Rhombohedral 转换为尖晶石结构的 Cubic，这个对于电池的安全和稳定性是比较危险的。
　　4. 在第 4 种情况下拔出充电器，这个是不想充满电量状况中更多的一类。因为这个时候电池电量的显示是接近饱和的状态，很多兄弟耐心不下来地直接拔掉充电头。
　　恒压充电的原理是，当电压达到预定值时电流逐渐减小;当充电电流达到下降到接近零时，恒压充电结束。
　　它的作用是：
　　a.逐渐减小在电池内阻上因充电电流而产生的附加电压;
　　b.使电压更加的稳定、大电流充电电压达到但并不饱和、所以要改用小电流使得电量达到饱和;
　　c. 限制副反应的产生，尽量避免对电池内部的结构产生影响;
　　d. 减小极化，使电化学反应从表面逐渐推进到固相颗粒内部。根据 Tafel 公式，超电势=a+b*ln i，可知电流越小，极化越低，超电势越低，所以电压越接近充电截止电压;
　　e. 防止副反应，电极反应是在电极 / 溶液界面进行的。不同粒子有不同的析出电位，如果不是采用恒电位充电，那么在充电末期，就会有新的离子参与电极界面的电子得失(反应)以维持电流回路。最典型的就是电池的析氢反应(??????)，如果单纯考虑电池内阻，还会产生焦耳热;
　　f. 提高活性物质的利用率;
　　所以在恒压充电阶段，你也不想因为一时的不耐心导致电池可能出现以上的问题吧。
　　啰啰嗦嗦地说了这么多，不是给大家带来负能量，而是想从不同的角度来告诉大家可能存在的问题，锂离子电池体系本就复杂，商业化的材料可能并没有我们想象的那样不堪一击，但是如果在粗心的维护和损耗下，它们也会是比较脆弱的，你对它施加可能的不利影响还想要它给你正向的反馈几乎是不可能的，因为最为重要的一点，它们在电池中所体现的性能始终是跟着所处的电化学环境息息相关!!!
当前栏目：
推荐栏目：
上一篇：下一篇：
最新知乎日报
不是每一段感情都能修成正果，就好像不是每一颗种子都能长成参天大树...
gai里gai气什么意思，铺天gay地又是什么鬼，情人节朋友圈一半秀恩爱...
李彩瑞图片李彩瑞是一位热爱游戏的二次元萌妹，她出过COS，做过游戏...
十万个冷笑话第3季导演：每集不同主要配音：山新，宝木中阳提 供有...
近日，演员古力娜扎在微博上曝光了一组水下性感美照。...
说到节日，小编赶脚中国传统节日大家都很熟悉了，于是...
世界最奇葩的十大旅游景点。你是否有去过奇葩的旅游景...
10. Cubic Houses(立方体房屋)建筑师：Piet Blom地...
中国十个最邪门的地方是全中国最阴森恐怖的地方之一，...新iPhone电池容量降低了？它属于6s还是6c？|iPhone|电池_手机_新浪科技_新浪网
新iPhone电池容量降低了？它属于6s还是6c？
传闻中新一代iPhone的电池
　　新浪手机讯 8月4日上午消息，法国网站Nowhereelse.fr上周分享了一张照片，标签显示这是一颗苹果公司产品的电池，有人猜测是新一代iPhone的一部分，但目前还不确定是所谓的iPhone 6s还是6c。
　　这个长条状的电池地上清楚显示显得来源和参数，图生产时间为2015年3月，只是1715毫安时这个数字略显奇怪，目前iPhone 6的电池容量为1810毫安时；一种解释是6s的功耗下降，所以稍小的电池一样能支持同样的使用时间，另有一种观点是，这个电池是为iPhone 6c预备的，它的外观与iPhone 6相比有所变化，所以电池会不一样。
　　目前没法判断真伪。根据传言，新一代iPhone的型号将是iPhone 6s，延续之前的命名规则，它的外形与现在的iPhone6相比几乎没有变化，只是外壳材质强度更高，处理器升级，并在屏幕加入Force Touch压感技术；至于iPhone 6c，我们认为那是个更遥远的产品，传闻iPhone 6c是精简版的iPhone 6，尺寸与iPhone 5s相仿，但可能采用全金属机身，与2013年发布的iPhone 5c进行区别。但也有说法称，这款产品已经被苹果公司延后，甚至取消。
　　无论怎样，预计在9月，苹果公司会发布新一代iPhone，届时新浪科技仍将进行全程直播，欢迎持续关注。（晓光）
　　专注苹果新闻报道，每日推送最新苹果资讯。扫描下方二维码关注苹果汇官方微信(或微信中搜：appleinc2012)。
文章关键词：
&&|&&&&|&&&&|&&
您可通过新浪首页顶部 “”， 查看所有收藏过的文章。新iPhone电池容量降低了？是6s还是6c？
一种解释是6s的功耗下降，所以稍小的电池一样能支持同样的使用时间，另有一种观点是，这个电池是为iPhone 6c预备的，它的外观与iPhone 6相比有所变化，所以电池会不一样。
　　8月4日上午消息，法国网站Nowhereelse.fr上周分享了一张照片，标签显示这是一颗苹果公司产品的，有人猜测是新一代iPhone的一部分，但目前还不确定是所谓的iPhone 6s还是6c。　　这个长条状的电池地上清楚显示显得来源和参数，图生产时间为2015年3月，只是1715毫安时这个数字略显奇怪，目前iPhone 6的电池容量为1810毫安时；一种解释是6s的功耗下降，所以稍小的电池一样能支持同样的使用时间，另有一种观点是，这个电池是为iPhone 6c预备的，它的外观与iPhone 6相比有所变化，所以电池会不一样。　　目前没法判断真伪。根据传言，新一代iPhone的型号将是iPhone 6s，延续之前的命名规则，它的外形与现在的iPhone6相比几乎没有变化，只是外壳材质强度更高，处理器升级，并在屏幕加入Force Touch压感技术；至于iPhone 6c，我们认为那是个更遥远的产品，传闻iPhone 6c是精简版的iPhone 6，尺寸与iPhone 5s相仿，但可能采用全金属机身，与2013年发布的iPhone 5c进行区别。但也有说法称，这款产品已经被苹果公司延后，甚至取消。
中国电池网（微号：mybattery）主站、微博、微信、手机客户端及电池智库（邮件直投）等全媒体平台及资源，每日精选电池产业链主流新闻、信息、数据等内容，每天覆盖国内外近百万用户或读者，咨询热线：400-，投稿信箱：（发送时请将#改为@）。
[责任编辑：陈语]
免责声明：本文仅代表作者个人观点，与中国电池网无关。其原创性以及文中陈述文字和内容未经本网证实，对本文以及其中全部或者部分内容、文字的真实性、完整性、及时性本站不作任何保证或承诺，请读者仅作参考，并请自行核实相关内容。凡本网注明 “来源：XXX（非中国电池网）”的作品，均转载自其它媒体，转载目的在于传递更多信息，并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。
如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的，请在一周内进行，以便我们及时处理。电话：400-
苹果iPhone 6S
微信二维码
微博二维码
中国电池网手机客户端
微信号：mybattery
微信二维码
微博二维码
中国电池网手机客户端
微信号：mybattery}