手機電池技術:為何鋰離子電池會著火

作者編寫了美國IT網站PCWorld的文章，詳細論述了移動設備中鋰離子電池的原理、缺陷以及未來的發展趨勢。

化學原理

移動設備中使用的電池是化學工程的產物:在一個小立方體中儲存大量的能量可以讓設備運行數小時。它是如何工作的?你怎么樣才能最大限度地利用它呢?

大多數現代移動設備使用鋰離子電池，它重要由兩部分組成:一對電極和它們之間的電解質。有很多種電極信息，包括鋰、石墨，甚至納米線，但由于鋰的化學成分，它們都不是例外。它是一種活性金屬，因此很容易與其它元素合成。純鋰非常活躍，可以在空氣中自燃，所以大多數電池使用鈷酸鋰，這更安全。

在兩個電極之間是一種電解質，通常是一種電子可以移動的液體有機溶劑。當鋰離子電池充電時，鋰鈷氧化物分子捕獲電子，在電池壽命期間釋放它們，然后支持手機。

鋰是最常見的電池類型，因為它可以在最小的空間存儲最多的能量。這一需求是以能量密度來衡量的，即每千克電池所儲存的能量，單位是瓦特小時(wh)。鋰離子電池的能量密度通常為每千克150到250瓦時，而鎳氫電池的能量密度僅為每千克100瓦時。換句話說，鋰離子電池比其他類型的電池更小、更輕，因此它們可以壓縮設備的體積，但仍能保持較長的電池壽命。

這個化學過程可以概括為:設備中的電池可以儲存能量，然后內部的化學物質可以以任何可能的方式釋放能量。但它也帶來了一些問題，比如最新的波音787夢想飛機(Boeing787dreamliner)的電池在停靠時著火。

這是鋰離子電池的缺點之一:假如放電過多，電池內部的化學物質就會分解，出現過多的鋰氧化物，進而燃燒，出現更多的鋰氧化物，等等。化學家稱之為熱逃逸，普通人看到的是火。這就是為何波音787被聯邦特種局停飛的原因。由于當電池被刺穿時也會發生同樣的事情，美國運輸安全管理局(TSA)建議特種公司的乘客將電池小心地存放在隨身行李中，而不是托運。

電池容量

電池容量的單位是毫安時(mAh)，表示電池能供應的總功率。例如，假如一個電池的容量是1000毫安，它可以持續供應1000毫安的電流1小時。假如你的設備運行在500毫安時，電池可以維持大約兩個小時。

然而，設備的電池壽命一直都比較混亂，因為特定設備消耗的電量取決于它執行的任務。假如設備的屏幕是開著的，無線傳輸是開著的，處理器是全速運行的，那么與屏幕是關著的，無線傳輸是關著的，處理器是空閑的情況相比，它會消耗更多的能量。

這就是為何消費者應該對電池續航時間更加謹慎的原因，他們可以通過降低屏幕亮度或關閉某些組件來延長電池續航時間。假如你好奇，可以使用一些專門的應用程序來監測移動設備的功耗和電池狀態，包括Android上的電池監測小部件和iOS上的BaterryLifePro。

控制電流

嚴格控制鋰離子電池是必要的，因為它有著火的可能性。電池制造商通過充電控制器處理電流，然后完成意圖。事實上，每個電池都內置了一臺小型電腦，以防止電池放電過多。該模塊還控制充電時進入電池的電流，在電池快溢出時減慢電流，防止充電過度。

為了展示這一過程，我們給三星GalaxyNote充電，測量了整個過程中的電流，并將其與相應的功率比進行了比較。從上圖可以看出，充電開始時電流最大，然后逐漸減小。在一天結束的時候，部分充電會有很長的充電時間，因為控制器會減慢電流以防止電池過度充電。

未來發展

電池技術一直在提高，世界各地的許多實驗室都在開發新的電池技術，以取代鋰離子電池或開發更先進的電池。