- 錯(cuò)！錯(cuò)！錯(cuò)！別再這樣給手機(jī)充電了
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當(dāng)下的生活里，手機(jī)不僅是通訊工具，在工作、休閑、社交中也發(fā)揮著越來越重要的作用。在使用手機(jī)的過程中，最讓人焦慮的就是手機(jī)的低電量提醒。
LG 在 2016 年做了一項(xiàng)調(diào)查，結(jié)果顯示90%的人在手機(jī)電量低于 20% 的時(shí)候感到“恐慌”。盡管如今各大廠商都在努力擴(kuò)充手機(jī)電池的容量，但隨著日常生活中手機(jī)使用的頻率和強(qiáng)度的不斷攀升，大多數(shù)人還是逐漸從一天一充變成了一天 N 充，甚至于不少人在出門的時(shí)候都會(huì)帶上充電寶以備不時(shí)之需。
那么，我們?cè)谌粘Ｊ褂檬謾C(jī)時(shí)，怎么做才能盡可能延長(zhǎng)手機(jī)電池的壽命呢？
01 鋰離子電池工作原理
目前市面上絕大多數(shù)手機(jī)所使用的電池都是諾獎(jiǎng)級(jí)別的成果——鋰離子電池。相比于鎳氫、鋅錳、蓄鉛等傳統(tǒng)電池來說，鋰離子電池具有容量大、體積小、電壓平臺(tái)高、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，正是因?yàn)樗鼈兊倪@些優(yōu)點(diǎn)，才使得手機(jī)能夠做到更小巧的外形和更持久的續(xù)航。
手機(jī)中的鋰離子電池正極通常使用 LiCoO2（鈷酸鋰）、NCM、NCA 材料；手機(jī)中的負(fù)極材料主要有人造石墨、天然石墨、MCMB、SiO 等。在充電的過程中，鋰以鋰離子的形式從正極中脫嵌，通過電解質(zhì)移動(dòng)最終嵌入到負(fù)極中，而放電的過程則正好相反。因此，充放電的過程，就是鋰離子在正、負(fù)極之間不斷往返嵌入/脫嵌和插入/脫插的循環(huán)，被形象地稱為“搖椅電池”。
鋰電池工作原理：鋰離子隨充放電在正負(fù)極間不斷往返。圖片來自作者
02 鋰離子電池壽命下降的原因
新買來的手機(jī)，一開始的續(xù)航能力都還不錯(cuò)，在使用一段時(shí)間之后則會(huì)變得越來越不耐用，舉個(gè)例子：新手機(jī)充滿電之后大概能用上 36~48 個(gè)小時(shí)，但是大半年以后，同樣滿格電只能堅(jiān)持 24 小時(shí)甚至更短的時(shí)間。
究竟是什么原因讓手機(jī)電池“折壽”了呢？主要原因有以下幾點(diǎn)：
?、?過充和過放
鋰離子電池依靠鋰離子在正負(fù)極之間移動(dòng)來工作，因此，鋰離子電池的正負(fù)極能夠容納的鋰離子的數(shù)量與其容量直接相關(guān)。當(dāng)對(duì)鋰離子電池進(jìn)行深度充放電時(shí)，其正負(fù)極材料的結(jié)構(gòu)可能會(huì)出現(xiàn)破壞，能夠容納鋰離子的空間變少，進(jìn)而其容量也隨之降低，也就是我們常說的電池壽命的降低。
深度充放電50次前（a）后 （b）LiCoO2正極材料電鏡拍攝結(jié)果
電池壽命通常用循環(huán)壽命來評(píng)價(jià)，即對(duì)鋰離子電池進(jìn)行深度充放電，其容量能夠保持在 80% 以上的充放電循環(huán)次數(shù)。
國(guó)標(biāo) GB/T18287 對(duì)手機(jī)中鋰離子電池循環(huán)壽命的要求為不低于 300 次，這是否意味著我們的手機(jī)電池在充放電 300 次后就會(huì)變得不耐用了呢？答案是否定的。
其一、循環(huán)壽命的測(cè)量中，電池容量的衰減是一個(gè)漸變的過程，并不是斷崖式或臺(tái)階式的；其二、對(duì)鋰離子電池進(jìn)行的是深度充放電，而在日常使用過程中，電池管理系統(tǒng)有對(duì)電池的保護(hù)機(jī)制，在充滿后會(huì)自動(dòng)斷電，在電量不足時(shí)會(huì)自動(dòng)關(guān)機(jī)，能夠盡可能地避免深度充放電，因此手機(jī)電池的實(shí)際壽命是高于300次的。
但我們也不能完全依賴于優(yōu)秀的電池管理系統(tǒng)，長(zhǎng)期讓手機(jī)處于低電量或者滿電量也有可能損傷電池導(dǎo)致其容量減少。因此給手機(jī)充電的最好方式就是淺充淺放，沒電就充，充滿就拔。長(zhǎng)期不使用手機(jī)時(shí)，保持其有一半電量也能有效延長(zhǎng)其使用壽命。
?、?過冷或過熱條件下充電
鋰離子電池對(duì)溫度也有較高的要求，其正常工作（放電）溫度范圍在0°C到35°C之間。在低溫條件下、電解質(zhì)離子電導(dǎo)率下降、電荷轉(zhuǎn)移阻抗增加、鋰離子電池表現(xiàn)會(huì)變差，直觀感受便是容量的降低。但這種容量的衰減是可逆的，在溫度恢復(fù)到室溫后，鋰離子電池的表現(xiàn)會(huì)恢復(fù)正常。
然而如果在低溫條件下給電池充電，由于負(fù)極極化可能導(dǎo)致其電勢(shì)達(dá)到金屬鋰的還原電勢(shì)，進(jìn)而導(dǎo)致鋰金屬在負(fù)極表面沉積，這一方面會(huì)導(dǎo)致電池容量的減少，另一方面存在著鋰枝晶生成的可能，導(dǎo)致電池短路進(jìn)而引發(fā)危險(xiǎn)。
在高溫條件下給鋰離子電池充電，也會(huì)使得鋰離子正負(fù)極結(jié)構(gòu)改變，從而導(dǎo)致電池容量不可逆的衰減。因此，盡量避免在過冷或過熱條件下給手機(jī)充電，也能夠有效延長(zhǎng)其使用壽命。
03 關(guān)于充電，這些說法合理嗎？
① 整夜充電，對(duì)手機(jī)電池的使用壽命會(huì)有影響嗎？
過充和過放會(huì)影響電池的壽命，但整夜充電并不等于過充。一方面，手機(jī)在充滿電后會(huì)自動(dòng)斷電；另一方面，目前許多手機(jī)采用先將電池快充至 80% 容量，隨后轉(zhuǎn)換為較慢的涓流充電的充電方式。因此睡覺的時(shí)候放心地給手機(jī)充電吧，這些問題工程師在設(shè)計(jì)時(shí)都幫大家考慮過了。
?、?夏季天氣炎熱，手機(jī)在充電的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)高溫情況，這是正常的，還是代表手機(jī)電池出現(xiàn)了問題？
電池充電伴隨著化學(xué)反應(yīng)、電荷轉(zhuǎn)移等復(fù)雜過程，這些過程往往伴隨著熱量的產(chǎn)生，因此充電時(shí)手機(jī)發(fā)熱是正常的情況。而手機(jī)出現(xiàn)的高溫發(fā)燙現(xiàn)象一般是由散熱不佳等原因?qū)е?，而不是電池本身出了問題，在充電時(shí)把保護(hù)套取下讓手機(jī)更好的散熱，也能夠有效延長(zhǎng)手機(jī)的使用壽命。
?、?充電寶和車載充電器給手機(jī)充電，會(huì)影響手機(jī)電池的使用壽命嗎？
不會(huì)。無論是用充電寶還是車載充電器，只要是使用符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的充電設(shè)備給手機(jī)充電，都不會(huì)影響手機(jī)電池的使用壽命。
?、?用充電線插在電腦上給手機(jī)充電，和插在電源插座上的充電頭連接充電線給手機(jī)充電，充電的效率一樣嗎？
無論是用充電寶、車載充電器、電腦還是直接插在電源上充電，充電速率只與充電器和手機(jī)支持的充電功率有關(guān)系，5W 的充電器（5V=1A）的充電速度就比 18W 的充電器（9V=2A）慢。
⑤ 手機(jī)在充電的時(shí)候可以使用嗎？之前出現(xiàn)過的“充電時(shí)打電話被電死”的案例，是什么原因?qū)е碌模?/p>
充電狀態(tài)下的手機(jī)是可以使用。手機(jī)充電時(shí)，充電器會(huì)將 220V 高壓交流電通過變壓器轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪海ɡ绯Ｒ姷?5V）直流來給電池供電，只有低壓部分是連接到手機(jī)上的，而一般情況下人體的安全電壓為 36V，也就是說，在正常充電下，即使手機(jī)外殼漏電，低輸出電壓也不會(huì)對(duì)人體造成傷害。
至于網(wǎng)絡(luò)上“充電時(shí)打電話被電死”的相關(guān)新聞，可以發(fā)現(xiàn)基本都是轉(zhuǎn)載的內(nèi)容，最原始的資料來源難以考證，也沒有任何警方等權(quán)威機(jī)構(gòu)的情況通報(bào)，難以判斷相關(guān)新聞的真實(shí)性。但就使用符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的合格充電設(shè)備給手機(jī)充電的情況而言，“充電時(shí)打電話被電死”屬于危言聳聽了。但這也提醒我們，給手機(jī)充電時(shí)務(wù)必要使用正規(guī)廠商生產(chǎn)的符合相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的充電器。
此外，在使用手機(jī)的過程中不要自主拆卸電池，當(dāng)電池出現(xiàn)鼓包等異常情況時(shí)，也要及時(shí)停止使用并向手機(jī)廠商更換，盡可能避免因電池使用不當(dāng)而產(chǎn)生的安全事故。
作者|曹博維 中國(guó)科學(xué)院物理研究所清潔能源實(shí)驗(yàn)室 博士生
