鉅大LARGE | 點擊量：544次 | 2019年04月27日
手機充電又有哪些誤區(qū)是我們不知道的？
新近，一條關于手機如何充電的微博引起了熱議。微博中說，有人做過實驗，他買了3個相同手機，第一個是白天使用，晚上充電；第二個是堅持只在電量耗盡的情況下才充電；第三個使用最隨意，只要在辦公桌前，就接到電源上，晚上也通宵充電。結果，一段時間后，第三個電池持續(xù)時間要比第一個強20%，第二個只剩下第一個的一半都不到！有人因此將手機充電的方法歸結為“少吃多餐”。這個說法靠譜嗎？手機充電又有哪些誤區(qū)是我們所不知道的？
認識電池
充電放電實際上是鋰離子的運動
“首先要明白一點，2000年以后，市面上的手機電池出現了一次改朝換代，那就是由鋰離子電池取代了鎳氫電池，而現在市面上銷售的手機百分之百都是鋰離子電池?！蹦暇├砉ご髮W材料科學與工程學院教授、博士生導師杜宇雷說。
關于手機電池的種種說法，必是建立在鋰離子電池的性能之上的。那么我們不妨先了解一下鋰離子電池的內部構造。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
“電池的基本構造包括正極、負極與電解質三項要素。作為電池的一種，鋰離子電池同樣具有這三個要素。”杜教授說，鋰離子電池的正極是鈷酸鋰（或錳酸鋰等），負極是石墨，正負極中間有一層隔膜。
從化學反應來說，所謂充電的過程，就是鋰離子從正極的鈷酸鋰晶體結構中跑出來，經過電解質，嵌入負極石墨中。而放電過程則剛好相反，鋰離子從石墨中脫嵌回到鈷酸鋰中?！斑@是一個可逆的化學反應?！?/p>
不過雖然這種反應是可逆的，但是電池使用過程中，正、負極材料、電解液和隔膜等的變化都會引起鋰離子電池的性能退化，所以從大的趨勢來看，電池的電量總是在不斷減少。對于手機鋰離子電池的循環(huán)壽命，我們國家的“國標”要求：50次充放電循環(huán)后，電池容量降低小于5%，400次充放電循環(huán)后，電池容量降低小于20%。這里的一個充放電循環(huán)是指將電池充至標準電量再用光的過程。
從以上分析，我們會知道鋰離子電池在使用中其容量總是在不斷降低的。杜教授說，現在的智能手機，大多2-3天充一次電，也就是一年約有150次充放電循環(huán).。實際使用中，由于受到使用環(huán)境、充放電過程的差異等因素的影響，電池容量的損失可能比“國標”測試條件下要大，這就是大多數人感覺電池在使用1-2年后明顯不經用了的原因。
鋰離子電池充電有特殊要求
那么，鋰離子電池的充電過程是怎么完成的呢？仔細觀察一塊鋰離子電池，你會發(fā)現電池上面有電池容量的標注。
杜教授拿出一塊三星的鋰離子電池，上面標注著容量1000mAh（毫安時），這個數據代表這樣的電池如果用1000毫安的電流充電，理論上一個小時可以充滿。這個容量的大小，各種手機電池會有所不同，與電池正極活性物質的使用量有關。
生活中，我們只知道把充電器連上手機進行充電，事實上，電池的充電過程大致分為三步。
首先是涓流充電（預充階段），針對完全放電的電池，電壓低于3V左右時，先采用0.1C的電流充電幾分鐘，以容量1000mAh的電池為例，0.1C就是100毫安的電流密度；接著是恒流充電，電流在0.2C到1C之間，也就是用200-1000毫安的電流密度進行充電，此時電池的容量已經達到額定容量的80%-90%，電壓不斷升高；當電池電壓上升到4.2V（最高電壓），恒流充電就結束了，開始恒壓階段充電，此時電流不斷下降，容量繼續(xù)上升，達到最大值?！耙粋€正常的充電程序，在2-4小時之間。”杜教授說。
避免過度充電放電
與正常充電相違背的就是過度充電。杜教授說，從電池內部結構分析，過充時，鋰離子從晶體結構中跑出來太多，結構產生嚴重變化，會對電池性能造成永久性傷害；更嚴重的后果是，過充可能會析出枝杈狀金屬鋰從而刺穿隔膜，形成內部短路；如在殼體破裂的情況下，金屬鋰與空氣直接接觸，導致燃燒，同時引燃電解液，發(fā)生強烈火焰，氣體急速膨脹，發(fā)生爆炸。
所以過充對鋰離子電池的傷害很大并可能帶來嚴重的安全隱患。
而過放會使嵌在石墨中的鋰離子脫嵌得太多，引起片層結構出現塌陷，造成再次充電時鋰離子難以進入，使得電池的性能下降。
不過在日常使用中，其實出現嚴重的過充和過放的情況都不是很多。杜教授說，因為手機的配套充電器和手機里都有電源管理芯片，它控制著充電電流，截止電壓，管理著充電過程。此外，電池里也有保護電路，能起到最后的保障作用。
案例分析
“少吃多餐”不會損害電池，但也不會改善
那么，案例中出現的三種情況該怎么解釋呢?杜教授分析，第一種情況，白天使用晚上充電，如果是整個晚上充電，那么如果充電器不配套或是充電器保護電路失效，就可能會產生過充的情況。而第二種情況，如果長期堅持只在電量耗盡的情況下才充電，這樣放電的電化學反應程度過深，材料的性能衰減比較大。盡管電池會有自身的保護，但是針對正常使用來說，也算是一種過放。電池內部會產生上述的過放現象。第三種情況，避免了過放的現象，電化學反應體系受到的影響最小。
可是有人隨后就會有疑問，像第三種方法那樣隨便充放可以嗎？不會損害電池嗎？這涉及到一個“記憶效應”的概念。“記憶效應”是過去鎳鎘和鎳氫電池具有的特性。簡單來說，就是電池使用中電量還未用完，就又被充電，造成未使用部分的電能“鈍化”，使得電池的可用容量降低。所以對于鎳鎘和鎳氫電池來說，如果不用完就充電，對容量有損失。而鋰離子電池材料本身的結構和電化學反應決定了，它沒有記憶效應。
所以像第三種充電方法是可行的，這就相當于一次充滿電，不是用完再充，而是用一半后就充，再用一半又充，這樣算完成一個循環(huán)。這樣等于是采取了“少吃多餐”的方法。不過通宵充電并不合適。
杜教授表示，“少吃多餐”對電池的使用性能沒有太大影響，不會損壞電池，但也不會改善電池，因為總容量是一樣的，只是分批使用罷了。另外，杜教授說微博中的這個實驗還是定性的，真正的結果需要在實驗室中采用科學的定量的實驗才能得出，因此，該實驗得出一種方法比另一種方法電池持續(xù)時間長20%的結論還有待科學的考證。
1點提醒
不要混用充電器，慎用萬能充
杜教授提醒，鋰離子電池是有標準的充電程序的，手機標配的充電器就是按照這個程序充電的。
像有一些萬能充電器，它的設計就是恒流充完恒壓充，但是電壓沒有截止，所以后面一直以小電流充，這樣看上去電量充得滿很耐用，其實損害很大，長期這樣，會破壞本身電化學反應。
另外，不同電池容量不同，充電器的電流不同。如果混用，會傷害電池。像一些萬能充，它的容量設計在幾百-3000毫安時，如果用大電流充小容量的電池，對電池會有損害。所以應急式充電方式應少用。
2個誤區(qū)
電池前三次使用要放空后充12個小時？
杜教授說，這種“前三次充電要充12小時以上”的說法，是從鎳氫電池延續(xù)下來的說法。這種說法，可以說一開始就是誤傳。
鋰離子電池在開始使用時不需要通過深度充放電來進行激活，因為電池的激活過程在制造電池的時候就已經完成了，在出廠前的化成階段就是恒壓充電，然后放電，如此進行幾個循環(huán)，使電極浸潤電解液充分活化，使容量達到要求，這樣出來的鋰離子電池到用戶手上時其實已經是激活過的了。
而鋰離子電池的恒流恒壓充電特性更是決定了它的深充電時間無需12個小時，鎳氫電池需要這樣做是因為，要通過涓流充電過程（小電流充電）才能使電池達到充飽狀態(tài)。而鋰離子恒流充電階段，容量就達到80%-90%，在恒壓充電階段1-2小時即可達到100%，再延長時間充電沒有太大意義。
要等手機電用完再充電？
“盡量把手機電池的電量用完，最好用到自動關機再充電?！边@種做法也只是鎳氫電池上的做法，目的是避免記憶效應發(fā)生，而對于鋰離子電池，沒有必要用到關機再充電，鋰離子電池本來就適合用隨時充電的方式進行使用，這也是它針對鎳氫電池的最大優(yōu)勢之一，可以加以利用。
不要以為充電次數多會損壞電池，這個說法對鋰離子電池并不適用。
3個疑問
手機電量用光是否損傷電池？
手機出現低電量報警，其實就是手機中的電源管理芯片在發(fā)揮作用。電壓低于3.6v，電源管理芯片會強制斷開，限制手機使用。這樣實際上還不到過放的階段。不過如果經常這樣，也是不可取的。
久充是否會使電池爆炸？
鋰離子電池的手機或充電器在電池充滿后都會自動停充，并不存在鎳電充電器所謂的持續(xù)十幾小時的“涓流”充電。也就是說，如果你的鋰離子電池在充滿后，放在充電器上也是白充。不過，誰都無法保證電池的充放電保護電路的特性永不變化和質量的萬無一失，所以你的電池將長期處在危險的邊緣。久充還是不提倡。
電池放著不用是否有損耗？
鋰離子電池放著不用，容量也會自然損失。研究表明，鋰離子電池在完全充電的狀態(tài)下長時間存放，其容量會發(fā)生明顯損失。而且，溫度越高，鋰離子電池的容量損失就越快，而這種損失是不可逆的，也就是說，電池的容量會永久變小。在0℃環(huán)境下，電量剩余40%的鋰離子電池存放一年后，其容量會損失2%。而在40℃環(huán)境下，完全充滿電的鋰離子電池存放一年后，其容量損失高達35%。因此，一定要細心地注意使用環(huán)境，防止高溫現象，比如手機放在汽車的前臺上，中午的太陽直射很容易就可以使其超過60℃
電池的性能退化一方面是使用和老化的自然結果，另一方面則由于缺乏維護、苛刻的使用環(huán)境以及不良的充電操作等等加速其劣化。下面將探討充電電池各種難以克服的問題、其原因及彌補這些問題的方法。
高的自放電率
各種電池都存在自放電，但使用不當會促使這種狀態(tài)的發(fā)展。自放電率呈漸近線規(guī)律，最高的放電率出現在剛充電之后，然后逐漸減小。
鎳基電池表現出較高的自放電率。在正常環(huán)境溫度下，新的鎳鎘電池充電后，在第一個24h期間其電高量約減少10%。此后，自放電率穩(wěn)定至每個月約10%。通常溫度較高，其放電率也增大。一般的準則是：溫度每升高10℃自放電率增大1倍。鎳金屬氫化物電池的自放電率比鎳鎘電池約大30%。
鎳基電池經過數百次循環(huán)后其自放電率也增大，電池的極板開始膨脹從而更緊密地擠壓電極之間的隔膜，形成金屬樹枝狀晶體，這是結晶體生長的結果（記憶效應），從而損壞了電池隔膜，增大了自放電率。如果鎳基電池在24h的自放電達30%時，應予棄用。
鎳離子電池在充電后的第一個24h的自放電率為5%。此后下降至每月1%-2%，電池的安全保護電路增加約3%。高的循環(huán)次數和老化對鋰基電池的自放電率沒有影響。鉛酸電池的自放電率約每月5%或者每年50%，重復性的深度循環(huán)充放電則使自放電增大。
電池自放電的百分率可用電池分析儀加以測定，但此程序需要數小時。測得的電池內阻?？煞从畴姵氐膬茸枋欠襁^高。此參數可用阻抗計測量或用電池分析儀的歐姆測試程序。
電池的匹配
即使采用了現代化的生產制造技術，電池的容量也不可能準確預測，尤其是對鎳基電池。制造過程中，將每個電池以其容量的大小加以檢測并分類。高容量“A”類電池通常以優(yōu)質級價格按特殊用途電池出售；中等容量“B”類電池應用于工業(yè)和商業(yè)產品；低端“C”類電池則以廉價出售。通過循環(huán)充放電并不能改善低端類別電池的容量。購買低價的可充電電池所得的是低電池容量。
在以多個電池組成的電池組中，電池的匹配應控制在±2.5%以內。在組成電池個數多的電池組中，以及需輸出大負載電流和在低溫下工作的電池組，需要更嚴格的電池容差控制。在一個新的電池組中的各個電池如果稍有小的失配，在經過數次充電循環(huán)后，將能互相平衡自行適應。電池之間能否很好地平衡適應，關系到電池組是否具有較長的使用壽命。
為何電池的匹配如此重要？這是因為一個“弱”電池含有的容量較小，它比“強”電池更快地放充電。這種放電過程的不平衡導致“弱”電池在放電經過低電壓時，電池極性會反轉。在充電時“弱”電池在被充過程中首先進入發(fā)熱過充狀態(tài)，而此時較強的電池仍能正常地接受充電并不發(fā)熱。在這兩種情況下“弱”電池處于不利的狀態(tài)，使它變得更“弱”而導致嚴重的失配。
優(yōu)質電池比低質量電池的電容量更為一致也更為均衡。對高端大功率工具應選用高質量電池，因其在大負荷和極端的溫度環(huán)境下可有高的耐久性。雖付出高成本，然而其回報是電池組有更長的壽命。
鋰基電池從生產線上下來時其本質性能就匹配得很好。在電池組內部各單個電池需符合嚴格的容差是非常重要的。電池組所有的電池必須在統一的時間之內達到充電滿量，而且在放電終結時達到同樣的門限電壓。電池組內置的保護電路應在電池出現不正常的工作狀態(tài)時起到安全保護作用。
短路的電池
電池生產廠商常常無法解釋當電池還處于較新的狀態(tài)時，為何某些電池顯示出高的漏電率或者出現電氣短路。其可疑的原因是電池在制造過程中可能混入了外來顆粒雜質。另一種是電極上的粗糙點造成對隔膜的損傷。因此對電池應改善其制造過程，這可大大地減少電池的“早期失效率”（infantmortality）。
深度放電造成電池的極性反轉也會導致電池短路。如果鎳基電池在大電流放電至徹底放光時，這種狀態(tài)也可能出現。高的反向電流可造成永久性的電短路。另一種原因是由不可控的晶狀體的形成導致的隔膜損傷，這就是所謂的記憶效應。
采用瞬時大電流脈沖試圖修復短路的電池，其成功率極為有限。這種短路可能暫時被蒸發(fā)，但是對隔膜材料的損傷依然存在。這種修復后的電池常表現有高的放電率并且短路還會再次出現。在一個已老化的電池組中更換某個短路電池并非可取。除非這個新電池在電池電壓和容量上與電池組中的其它電池性能一樣是匹配的。
電解液的損耗
電池雖然都是密封的，但在其使用壽命期間會損失一些電解液，特別是如果由于粗心不適當充電產生過大的氣體壓力以致出現氣體排放。一旦出現氣體排放，在鎳基電池上的彈簧加壓的排氣密封墊可能難以完好地再封閉，從而造成密封墊周圍淀積起白色粉末，電解液的損耗最終將降低電池容量。
滲透或是在氣閥調節(jié)的鉛酸電池（VRCA）中電解液的損耗是一個久已存在的問題。其原因是過充以及在高溫下工作造成的。用加水補充電解液的損耗成效是有限的，雖然可以部分地恢覆電池容量，但電池的性能將不甚可靠。
如果正確地充電，鋰離子電池應不產生氣體以致出現排氣的問題。但是鋰離子電池在某些條件下也會產生內部壓力。某些電池內部配置——電路開關，當電池壓力達到某個臨界值時，該開關可切斷電流。另外有些電池則設計成一種可控的方式或打開安全隔膜以釋放氣體。
