改變我們生活的鋰離子電池 | 第二講：鋰離子電池的優(yōu)點(diǎn)和充電時(shí)的注意事項(xiàng)

本系列文章，我們?cè)趶氖绿岣唠姵匦阅苎芯?0多年的東京工業(yè)大學(xué)特命教授菅野了次先生的監(jiān)修下，從什么是鋰離子電池、到被稱(chēng)為下一代鋰離子電池的全固態(tài)電池的研究狀況，做一個(gè)全面介紹專(zhuān)題。

這里是第二講，談?wù)勪囯x子電池的優(yōu)點(diǎn)和用在我們生活中的哪些地方，以及如何才能用得更長(zhǎng)久。

監(jiān)修人：

菅野了次

東京工業(yè)大學(xué) 科學(xué)技術(shù)創(chuàng)成研究院 特命教授（名譽(yù)教授）

菅野了次先生于1980年大阪大學(xué)研究生院理學(xué)研究科無(wú)機(jī)及物理化學(xué)專(zhuān)業(yè)課程結(jié)業(yè)。1985年成為理學(xué)博士。任神戶大學(xué)理學(xué)部副教授后，2001年任東京工業(yè)大學(xué)研究生院綜合理工學(xué)研究科教授，2016年任該大學(xué)物質(zhì)理工學(xué)院教授，2018年任該大學(xué)科學(xué)技術(shù)創(chuàng)成研究院教授、全固態(tài)電池研究組組長(zhǎng)，2021年任該科學(xué)技術(shù)創(chuàng)成研究院特命教授、全固態(tài)電池研究中心主任。

1. 使用鋰離子電池的優(yōu)點(diǎn)

與鉛蓄電池等其他電池相比，鋰離子電池在安全和功能方面具有很多優(yōu)點(diǎn)。

主要優(yōu)點(diǎn)如下：

比其他電池小，能量密度大

如鋰離子電池般能反復(fù)充電使用的二次電池除了鉛蓄電池外，還有鎳氫電池、鎳鎘電池等。與這些電池相比，鋰離子電池更顯然的優(yōu)點(diǎn)是小、輕且能量密度大。

對(duì)同尺寸的這些電池的特點(diǎn)做一個(gè)比較的話，鉛蓄電池的輸出電壓只能達(dá)到2.1V，鎳氫電池為1.2V，鎳鎘電池為1.25V。而鋰離子電池則能輸出3.2～3.7V的高電壓。

經(jīng)得起反復(fù)充放電

與其他的二次電池不同，鋰離子電池不利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電，因此電極的老化比其他的二次電池少，非常經(jīng)得起反復(fù)充放電。

能快速充電

鋰離子電池的一個(gè)很大的特點(diǎn)是能快速充電。不過(guò)鋰離子電池以外的其他二次電池也能短時(shí)間快速充電，但鎳氫電池、鎳鎘電池因難判斷電是否充滿，故未能實(shí)用化。而鋰離子電池能由充電器判斷已充滿，故得以實(shí)用化。

支持無(wú)線充電

與快速充電一樣，鋰離子電池以外的二次電池也能夠不用充電電纜進(jìn)行無(wú)線充電。不過(guò)因?yàn)闊o(wú)線充電技術(shù)的研發(fā)成功于2007年，是一項(xiàng)比較新的技術(shù)，故被用于估計(jì)市場(chǎng)前景較好的鋰離子電池。今后將研發(fā)電動(dòng)汽車(chē)只要在停車(chē)場(chǎng)停車(chē)就能充電的系統(tǒng)。

鋰離子電池自放電小

電池即使閑置不用，電量也會(huì)損耗，這種現(xiàn)象稱(chēng)為“自放電”現(xiàn)象。例如，汽車(chē)一個(gè)多月沒(méi)開(kāi)，想開(kāi)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)電壓低打不著火的現(xiàn)象吧。而造成這種所謂“電池沒(méi)電”狀態(tài)的原因就是自放電。

自放電是電池盡管閑置不用也會(huì)一點(diǎn)點(diǎn)地發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而造成的。而鋰離子電池采用的反應(yīng)機(jī)制與其他的二次電池發(fā)生的電池反應(yīng)有所不同，因此鋰離子電池幾乎不產(chǎn)生自放電。

裝載了鋰離子電池的智能手機(jī)、電腦盡管不用電池也會(huì)損耗。這是因?yàn)?a target="_blank">電源并沒(méi)有完全斷開(kāi)，仍在消耗著微量電能以便能夠立即喚醒屏幕。

2. 在我們生活中鋰離子電池被用于哪些用途？

在我們的身邊有很多用電來(lái)驅(qū)動(dòng)的工具。充分利用鋰離子電池體積小能量密度大的優(yōu)點(diǎn)，裝載于各種設(shè)備。

尤其是智能手機(jī)、電腦、數(shù)碼相機(jī)等能小型輕量化、長(zhǎng)壽命化也在于使用了鋰離子電池。

電動(dòng)汽車(chē)最初裝載的是鎳氫電池。但鋰離子電池有能量密度大自放電少等優(yōu)點(diǎn)，以及不像鎳氫電池般“不能接續(xù)充電”，使用不便，故而使用了鋰離子電池。

其他還有無(wú)繩吸塵器、熨斗等小型家電、電動(dòng)自行車(chē)、電動(dòng)摩托車(chē)等乘騎工具、利用家用太陽(yáng)能發(fā)電蓄積白天發(fā)的電等用途也都使用鋰離子電池。

3. 在產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域鋰離子電池被用于哪些用途？

在產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，鋰離子電池被用于無(wú)線操縱機(jī)器人、無(wú)人機(jī)之類(lèi)的機(jī)械，以及各種地方設(shè)置的IoT傳感器、潛艇和火箭等特殊載人工具，鋰離子電池被廣泛用于產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的各行各業(yè)。

不過(guò)鋰離子電池的能量密度也是有限的，如果需要更多的電量，使用就受到限制。

例如對(duì)電動(dòng)汽車(chē)，現(xiàn)在鋰離子電池也能用來(lái)作為驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的能源，但要靠鋰離子電池的能量讓大型飛機(jī)飛行的話，在技術(shù)上還難以做到。不過(guò)業(yè)界正在積極推進(jìn)使用鋰離子電池的“飛行汽車(chē)”之類(lèi)的新型載人工具的開(kāi)發(fā)。如果深挖一下目前鋰離子電池的性能，還有重大提升空間和各種可能性。

4. 給使用鋰離子電池的產(chǎn)品充電時(shí)的小竅門(mén)和注意事項(xiàng)

鋰離子電池有著與其他電池不同的特點(diǎn)，在使用時(shí)應(yīng)了解其特點(diǎn)加以利用才能經(jīng)久耐用。為發(fā)揮其性能，讓我們來(lái)詳細(xì)了解一下充電時(shí)的要點(diǎn)和特點(diǎn)吧。

鋰離子電池可以接續(xù)充電

使用方便也是鋰離子電池的特點(diǎn)，例如鎳氫電池、鎳鎘電池，在仍剩有容量的情況下又接續(xù)充電時(shí)，可能會(huì)看上去充電沒(méi)有超過(guò)該容量。這一現(xiàn)象稱(chēng)作“記憶效應(yīng)”，而鋰離子電池基本上無(wú)此現(xiàn)象。

對(duì)鎳氫電池、鎳鎘電池，為防止發(fā)生記憶效應(yīng)，推薦完全放電后再重新充電的方法。而鋰離子電池在還剩有電量的狀態(tài)下也能接續(xù)充電，可以說(shuō)是用起來(lái)比較隨心所欲。

如何讓鋰離子電池用得更久

智能手機(jī)、筆記本電腦等使用鋰離子電池的設(shè)備的電路設(shè)計(jì)成即便在經(jīng)常充電的狀態(tài)下使用電池，充電也不會(huì)超過(guò)電池容量。因此無(wú)需擔(dān)心會(huì)給電池造成過(guò)度負(fù)擔(dān)，但如果要想讓鋰離子電池能用得更久，應(yīng)在接通電源充電到50％左右的狀態(tài)下繼續(xù)使用。有些筆記本電腦能設(shè)置成充電不超過(guò)50％。

使用鋰離子電池應(yīng)避免過(guò)充電和過(guò)放電

相反，鋰離子電池應(yīng)避免的是保持在100％充滿電的狀態(tài)下使用設(shè)備。如果持續(xù)在充滿電的狀態(tài)下接通電源使用筆記本電腦，會(huì)縮短電池的壽命。而在電量幾乎用完的過(guò)放電狀態(tài)下擱置，也會(huì)縮短鋰離子電池的壽命。也就是說(shuō)，避免在過(guò)充電和過(guò)放電這種極限狀態(tài)下使用，這就像人在過(guò)飽和空腹?fàn)顟B(tài)下運(yùn)動(dòng)，對(duì)身體都會(huì)造成負(fù)擔(dān)。

在常溫下使用鋰離子電池

要使鋰離子電池性能穩(wěn)定，正常發(fā)揮，最好在常溫下使用?；蛟S大家都聽(tīng)說(shuō)過(guò)冷能夠延長(zhǎng)東西的壽命，但電池在低溫狀態(tài)下，電阻值會(huì)增大，對(duì)充放電的負(fù)荷增大，起到相反的效果。而且冷會(huì)使電池結(jié)露，電池周?chē)碾娐房赡軙?huì)產(chǎn)生短路。

鋰離子電池有很多優(yōu)點(diǎn)，有意識(shí)地充分發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)來(lái)使用才能長(zhǎng)久保持良好性能。

下一講，我們將談?wù)勪囯x子電池的普及歷史
敬請(qǐng)期待！

文章來(lái)源：Murata村田中國(guó)

審核編輯 黃宇