電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
我相信你已經留意到，倘若你的手機在用過一段時間之后，你們分明感覺到手機電池的充電性能有分明的不同。倘若手機使用到足夠長的時間，你手機可能一天都要充幾次電。你有沒有想過為甚么？
像任何能量相同，電力不是你能創造的東西。所有我們認為制造電力的東西實際上只是將一種形式的能量轉化為另一種形式，而電池則使用化學反應（能量）來建立可隨時間計量的電荷。我們的手機中，我們使用鋰基電池，因為它們以合理的成本供應體面的產出水平。
在手機電池內部，您會發現三個關于我們所談論的內容非常緊要的組件：負極（稱為陽極，通常由石墨制成），正極（稱為陰極并由鋰和其他金屬）和電解質溶液。這三塊材料的化學反應在其基礎上很簡單，也是為甚么它們可以用來儲存能量。當你充電時，來自充電器的鋰離子帶正電并被吸引到負極。當您將電荷從電池中取出時，這些鋰離子將失去其正電荷并不再吸收負極。您將儲存的能量從已充電的電池中抽出的時間越長，不再充電的鋰離子數量也會新增，直到剩下的鋰離子不足以出現任何輸出并且電池已耗盡。將其插入充電器將重置此循環。
循環在這里是一個緊要的詞。由于電池設計用于存儲電量，因此很難將其使用壽命作為一個時間單位進行測量。一個為你繼續兩年的電池可能惟有六個月的時間供其他人使用，因為它們的使用方式不同，每個人使用手機耗電不相同，充電不相同。所以我們很難估計它們能繼續多長時間，電池的壽命是通過充電周期來掂量的。手機電池通常設計為可繼續約莫500至600個周期，并且一個周期被含義為將完全耗盡的電池充電至100％，然后再次將其耗盡至零。對剩余電量為50％的電池充電，然后將電量回流至50％屬于部分循環，這就是為甚么您會聽到它提議在電池電量不足之前給電池充電。當然，這種方式并不奏效，因為電池實際上并不計算充電周期的數量。五百只是一個估計。
但是，由于當您為電池充電時會發生什么，以及它要怎么樣影響將來的充電周期，可以存儲的能量以及存儲電荷的電壓（電壓的數量），因此預測電池循環壽命理論上是可行的。
氧化和效率
由于電動車是一件真切的東西，而且他們使用的電池價格非常昂貴，因此有關鋰電池為甚么在使用壽命期間降解的研究已經展開。值得慶幸的是，這也適用于我們手機內較便宜（但依然很貴）的電池，這是因為充電過程中會發生化學變化。
我們知道，對電池充電可以使鋰離子充電，然后磁性吸引鋰離子（電是磁性的）。隨著越來越多的帶電離子被吸引，負極和正極之間的電位差增大。這就是測量電壓的辦法–兩個電極之間的勢能差異。一旦達到特定讀數，電池將被視為洋溢電。在放電時，情況正好相反，電位差減小到零，因為負電極上不再有正電荷的離子。但是這并不意味著負極是干凈的，就像在你開始之前相同。
電極氧化。與水和空氣相同，鐵會生銹（這是氧化來自的地方），鋰，石墨和電解質鹽會導致電極氧化。當每個帶正電荷的離子從電池的陽極上剝離時，微觀層的粒子留下并且已經化學結合到石墨陽極。這些顆粒由氧化鋰（與氧結合的鋰）原子和碳酸鋰（與碳鍵合的鋰）原子制成，兩者都不具有與石墨相同的化學或電學性質。該層干擾充電/放電循環，并且電位差（電壓）和可以被吸引的帶電離子的數量都改變，并且最終這些改變足以留意到。
充電電池本質上改變了電極的組成，并影響未來充電的方式。
不同類型的鋰組合物以及電解質溶液中使用的不同鹽會影響這些沉積物留在電極上的多少，但是制造更清潔循環的材料不一定是最好的，因為他們無法供應盡可能多的儲存能量。我們希望手機中使用高容量，低功耗的電池，因為它們比高功率電池更安全，成本更低，我們希望它們能夠盡可能長時間地為我們的手機供電。電動車輛可以使用高容量，高功率的電池，因為它們由堅固的框架保護并且不太可能被損壞。一輛汽車還要能夠在兩次收費之間長途跋涉。特斯拉ModelS更換電池的成本約莫在12,000美元。
電壓很緊要
影響鋰電池循環次數的最大因素之一是其電壓。由于手機和汽車不是設計用于充電鋰電池的唯一東西，因此2015年美國能源部花費大量金錢和時間來查看到底有哪些原由導致問題以及要怎么樣減輕這些問題，因為衛星使用鋰基電池和太陽能充電器。在電池本身的組成之后，影響電池壽命的下一個最大罪魁禍首是充電電壓和保持電荷的電壓。
使鋰電池工作的化學物質自然會降低陽極，這就是我們上面提到的。但是，倘若您對電池充電的電壓超過3.9伏，或者存儲電位差高于3.9伏的電荷，則同樣的劣化發生在將電池壽命縮短一半的陰極（正極）上。充電電壓和保持電壓基本上是相同的，因為除了充電還會引入熱量，您會激發電池的所有組件，而充電電壓越高，充電電壓越高。當電池被激勵時施加的熱量高于3.9伏特會加劇陰極的退化。
電池制造商沒有秘密陰謀試圖抓走我們;這都是化學。
換句話說，為現代手機供電并快速為其電池充電所需的電壓意味著幾乎不可能修復事情。任何使用電池驅動的鉆機的人都會看到這一點。工具中使用的12或14伏電池繼續時間與我們手機中的不同。它們以更高的電壓存儲和操作，以更高的電壓充電并且更熱，并且在幾個充電周期后可能會受到分明影響。他們使用與手機相同的基本鋰電池，因為使用我們在特斯拉S電池中看到的各種材料會使它們更昂貴，而且壽命也不會太長。謝天謝地，我們可以回收它們中的大部分材料，
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