科學(xué)家終于揭開了為何智能手機(jī)電池在使用一年左右之后會出現(xiàn)電池壽命迅速衰減的秘密。根據(jù)最新調(diào)查結(jié)果，人們普遍理解的鋰離子電池工作原理是不正確的。它們不是帶電粒子在電池內(nèi)部以單一，均勻的方向流動，而是以隨機(jī)的運(yùn)動模式來回移動。根據(jù)研究人員的說法，這些最新研究成果可用于制造新型電池，使電池持續(xù)更長時(shí)間并保持電量而不會損壞電池的使用壽命。科學(xué)家表示，這可能可以促進(jìn)于電動汽車的大規(guī)模推廣，以及改善全球數(shù)十億依靠電池運(yùn)轉(zhuǎn)的小工具的使用壽命。

這項(xiàng)突破性的研究來自斯坦福大學(xué)，麻省理工學(xué)院和巴斯大學(xué)的研究人員，他們發(fā)現(xiàn)我們對鋰離子電池（這種類型為我們最喜愛的手機(jī)、電腦以及其他小電器供應(yīng)動力）的理解是不正確的。已知帶電粒子通過材料（電解質(zhì)）在正電極和負(fù)電極之間流動，并且該運(yùn)動出現(xiàn)電荷。然而，之前認(rèn)為鋰是各向異性的，這意味著它在單一方向上流動，顆粒以單一、均勻的方式通過電池。然而，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)實(shí)是非常不同的，并且被稱為離子的顆粒實(shí)際上在電解質(zhì)中來回循環(huán)和流動。這會在電池內(nèi)部出現(xiàn)隨機(jī)密集的離子，從而出現(xiàn)大量熱量，損壞電池的使用壽命。

結(jié)果，電池失去了保持電量的能力，我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)自己更經(jīng)常地依賴便攜式充電寶。

斯坦福大學(xué)助理教授WilliamChueh說：'我們使用了來自加速器的非常強(qiáng)大的X射線，我們正在使用這些X射線來觀察這些單獨(dú)的納米顆粒。我們最初的期望是鋰只在某些方向上移動。我們實(shí)際看到鋰的走向是不符合我們原先理解的方向。該研究利用斯坦福大學(xué)SLAC國家加速器實(shí)驗(yàn)室的設(shè)施，讓科學(xué)家團(tuán)隊(duì)在納米尺度上研究電池的工作細(xì)節(jié)。Chueh博士詳細(xì)闡述了這一現(xiàn)象，并解釋說以前的理論沒有說明液體如何與固體相互用途。他說：有點(diǎn)像太空，我們考慮粒子在真空中的表現(xiàn)，但電池內(nèi)部不是真空的，它充滿了液體。該團(tuán)隊(duì)相信他們將能夠通過改變運(yùn)輸路徑來解決這個(gè)缺陷，并在未來開發(fā)出更耐用的電池。

那么問題來了，鋰離子電池究竟如何工作？

實(shí)際上，鋰離子電池通過將電子從電池的一端移動到另一端來存儲和釋放能量。我們可以利用來自那些移動電子的能量來為我們工作，比如為鉆機(jī)供應(yīng)動力相同。

電池的這兩個(gè)端稱為電極。一個(gè)稱為陽極，另一個(gè)稱為陰極。通常，陽極由碳制成，陰極由稱為金屬氧化物的化合物制成，如氧化鈷。

最終的電池成分稱為電解質(zhì)，它位于兩個(gè)電極之間。在鋰離子電池的情況下，電解質(zhì)是含有鋰離子的鹽溶液。鋰離子電池也因此得名。將電池放入設(shè)備時(shí)，帶正電的鋰離子會被吸引并向陰極移動。一旦陰極被這些離子轟擊，陰極就會比陽極充電更多，這會吸引帶負(fù)電的電子。隨著電子開始向陰極移動，我們迫使它們穿過我們的器件并利用電子流向陰極的能量來出現(xiàn)電能。你可以把它想象成水輪，除了在這里不是水流動，而是電子流動。

鋰離子電池特別有用，因?yàn)樗鼈兪强沙潆姷摹．?dāng)電池連接到充電器時(shí)，鋰離子以與以前相反的方向移動。當(dāng)它們從陰極移動到陽極時(shí)，電池恢復(fù)供另一次使用。與其他電池相比，鋰離子電池每單位重量也可以出現(xiàn)更多的電力。這意味著鋰離子電池可以存儲與其他電池相同的功率，但可以在更輕更小的體積中實(shí)現(xiàn)。

具體我們是如何為電池充電的呢？

簡單來講，電池由三個(gè)部件組成：正電極，負(fù)電極和電解質(zhì)。當(dāng)電池正在充電時(shí)，鋰離子從正電極中提取并通過晶體結(jié)構(gòu)和電解質(zhì)移動到負(fù)電極，在那里它們被存儲下來。此過程發(fā)生得越快，電池充電的速度就越快。制造電池的材料會嚴(yán)重限制該速率。石墨是負(fù)極的常用材料，因?yàn)樗芎芎玫亟邮苷x子并具有高能量密度。在尋找新的電極材料時(shí)，研究人員通常會嘗試使顆粒變小。然而，制造具有納米顆粒的實(shí)用電池是困難的，因?yàn)樗c電解質(zhì)出現(xiàn)許多棘手的化學(xué)反應(yīng)，因此電池不會持續(xù)那么長，而且制造成本昂貴。3.過流保護(hù),當(dāng)工作電流超出設(shè)定值時(shí),由保護(hù)IC切斷Mosfet管.等工作電流回歸到允許的電壓是,重新恢復(fù)Mosfet管的導(dǎo)通.

過流電流壓降:0.1V,這里保護(hù)IC判斷的是電流流過Mosfet而出現(xiàn)的壓降,用這個(gè)電壓除于Mosfet的導(dǎo)通阻抗就可以近似得到過流保護(hù)的電流.一般在3~5A左右.

過流延時(shí):8毫秒,注意這個(gè)延時(shí)比前面的幾個(gè)過充過放的延時(shí)要短許多.

4.短路.其實(shí)這個(gè)功能是過流保護(hù)的擴(kuò)展,當(dāng)保護(hù)IC檢測電池輸出正負(fù)極之間電壓小于規(guī)定值時(shí),認(rèn)為此時(shí)電池處于短路狀態(tài),立即切斷回路.等短路的故障排除再恢復(fù)回路.短路時(shí)電池的輸出正負(fù)極的電壓為零,而實(shí)際電芯的電壓還是正常的.

短路檢測延時(shí):10微秒,這個(gè)延時(shí)更是短暫,幾乎是短路的瞬間就切斷了回路,可以防止短路對電池帶來的巨大損傷.

還有一個(gè)參數(shù),稱為保護(hù)IC的自耗,如上圖,可以看到,保護(hù)IC是通過電阻R1利用了電芯的電壓來進(jìn)行工作的.不可防止的要消耗一部分電池的容量.一般保護(hù)IC的功耗是做的非常小的.在3微安左右,最大不超過6微安.

在保護(hù)回路里面還有一個(gè)器件,如上圖標(biāo)示的Fuse,就是保險(xiǎn)絲.它是串聯(lián)在電池的回路中.它的用途是在保護(hù)線路失效的情況下,作為最后的防線,關(guān)于過流或高溫的鋰離子電池進(jìn)行切斷回路的動作.該Fuse根據(jù)工作原理分為一次性保險(xiǎn)絲(就象家里電表下用的那種)和可恢復(fù)保險(xiǎn)絲