鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:3431次 | 2018年11月21日
鋰離子電池發(fā)明歷史與未來(lái)發(fā)展
在80、90年代,人們的通訊基本靠信件、電報(bào)、電話三種方式,其中,電話又是以座機(jī)為主,如果誰(shuí)家安裝了座機(jī)立馬就會(huì)成為左領(lǐng)右舍羨慕的對(duì)象。不過(guò),隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展,座機(jī)漸漸被手機(jī)所替代,而當(dāng)時(shí)最讓人們印象深刻的就是“大哥大”,因?yàn)樵摍C(jī)是移動(dòng)通信的先鋒者,更是那個(gè)時(shí)代身份的象征。時(shí)至今日,那種“大哥大”手機(jī)早已成為古董,智能手機(jī)不但擁有眾多先進(jìn)技術(shù),而且其便攜、輕薄、易用等特性成為當(dāng)下主流產(chǎn)品。
在日常生活中,智能手機(jī)可幫助我們實(shí)現(xiàn)多種用途,例如休閑娛樂(lè)、實(shí)時(shí)導(dǎo)航、工作學(xué)習(xí)等,給我們的生活帶來(lái)不少便利。但是,世間沒(méi)有完美的事物,智能手機(jī)給人們帶來(lái)諸多好處的同時(shí),自身最大缺陷就是電池,大多數(shù)智能手機(jī)電池的使用時(shí)間最長(zhǎng)也就兩天,如果中度使用或者玩游戲基本不到一天就得充電,有的甚至一天兩充,雖然當(dāng)下的手機(jī)電池這么不給力,但它對(duì)手機(jī)來(lái)說(shuō)卻至關(guān)重要,因?yàn)闆](méi)電池的手機(jī)和“尸體”無(wú)兩樣,而電池作為手機(jī)的源動(dòng)力,它也有著自身的經(jīng)歷。
手機(jī)電池一般分為鎳電池和鋰電池,其中,鎳電池容量低,有記憶效應(yīng),并存在自放電現(xiàn)象,且制造材料還有環(huán)境污染的問(wèn)題,所以在手機(jī)行業(yè)沒(méi)有延續(xù)下來(lái)。雖然“鋰電池”的誕生彌補(bǔ)了鎳電池的不足,并且其高能、環(huán)保的特性,使它成為時(shí)下手機(jī)行業(yè)唯一的源動(dòng)力,但人們對(duì)手機(jī)上“鋰電池”的理解還存在一定誤區(qū),因?yàn)閺膰?yán)格意義上來(lái)講,鋰電池不可充電,既然不可充電,那手機(jī)上用的是什么或者說(shuō)是什么樣的鋰電池下面小編就為大家一一解答。
首先,我們來(lái)看看什么是鋰電池,其實(shí),從嚴(yán)格意義上講鋰電池就是鋰原電池,內(nèi)含純態(tài)的鋰金屬,為一次性使用、不可充電的電池。由于其自身的高技術(shù)要求限制,現(xiàn)在只有少數(shù)的幾個(gè)國(guó)家的公司在生產(chǎn)這種鋰金屬電池。
在鋰電池出現(xiàn)之前,原電池可以說(shuō)是它的鼻祖,那原電池又是如何誕生的呢這要追溯到18世紀(jì)末期,當(dāng)時(shí)意大利生物學(xué)家伽伐尼正在進(jìn)行著名的青蛙實(shí)驗(yàn),當(dāng)用金屬手術(shù)刀接觸蛙腿時(shí),發(fā)現(xiàn)蛙腿會(huì)抽搐,多次實(shí)驗(yàn)后伽伐尼認(rèn)為這可能是“動(dòng)物電”。
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%
而伽伐尼的朋友伏打看到這一現(xiàn)象,經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)只要有兩種不同金屬互相接觸,中間隔以濕的硬紙、皮革或其他海綿狀的東西,不管有沒(méi)有蛙腿,都有電流產(chǎn)生,從而否定了“動(dòng)物電”的觀點(diǎn)。因?yàn)榉蛘J(rèn)識(shí)到蛙腿收縮只是放電過(guò)程的一種表現(xiàn),兩種不同金屬的接觸才是電流現(xiàn)象的真正原因。于是,伏打列出了鋅-鉛-錫-鐵-銅-銀-金的次序,這就是著名的伏打序列。1800年,伏打據(jù)此原理設(shè)計(jì)出了被稱為伏打電堆的裝置,鋅為負(fù)極,銀為正極,用鹽水作電解質(zhì)溶液。
以上的小故事只是原電池的發(fā)明史,之后被人們經(jīng)常使用的原電池有鋅-錳干電池、鋅-汞電池、鋅-銀扣式電池及鋰電池等。其中,鋰電池源于偉大的發(fā)明家愛(ài)迪生,它是由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池,不過(guò),由于鋰金屬的化學(xué)特性非?;顫?,使得鋰金屬在加工、保存、使用方面,對(duì)環(huán)境要求非常高,所以在那個(gè)年代鋰電池長(zhǎng)期沒(méi)有得到應(yīng)用。時(shí)至今日,隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展,鋰電池已成主流。
既然鋰電池在當(dāng)下已成主流,那其有哪些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)呢我們先來(lái)看看它的優(yōu)點(diǎn):1、能量比較高2、使用壽命長(zhǎng);3、額定電壓高;4、自放電率很低,這是該電池最突出的優(yōu)越性之一,不到鎳氫電池的1/20;5、高低溫適應(yīng)性強(qiáng),能在-20℃--60℃的環(huán)境下使用,經(jīng)過(guò)工藝上的處理,可以在-45℃環(huán)境下使用;6、綠色環(huán)保,不論生產(chǎn)、使用和報(bào)廢,都不含有、也不產(chǎn)生任何鉛、汞、鎘等有毒有害重金屬元素和物質(zhì);7、生產(chǎn)基本不消耗水,對(duì)缺水的國(guó)家來(lái)說(shuō)正合適。缺點(diǎn)方面:1、鋰電池的安全性差,有爆炸的危險(xiǎn);2、生產(chǎn)要求條件高,成本也隨之上漲;3、使用條件有限制,高低溫使用危險(xiǎn)大。
如今,手機(jī)中常見(jiàn)的電池就是鋰電池,但鋰電池的電解質(zhì)是流動(dòng)的,受到外力摔打或者使用不符合標(biāo)準(zhǔn)的充電器,都有可能引起爆炸。其實(shí),只要我們從正規(guī)渠道購(gòu)買(mǎi)手機(jī),使用得當(dāng)是可以避免這類事情發(fā)生的。
既然手機(jī)采用鋰離子電池,那它和上文介紹的鋰電池區(qū)別在哪呢這要從鋰電池的早期研發(fā)說(shuō)起,由于鋰電池自放電率極低,放電電壓平緩,其最早應(yīng)用在心臟起搏器中,從而使植入人體的起搏器能夠長(zhǎng)期運(yùn)作。
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
而在1992年索尼成功開(kāi)發(fā)出商用鋰離子電池。該電池可重復(fù)充電的特性,使其迅速成為移動(dòng)電話、筆記本電腦等便攜式電子設(shè)備的源動(dòng)力。同時(shí)也讓這些電子設(shè)備的重量和體積大大減小,使用時(shí)間相應(yīng)延長(zhǎng),并且鋰離子電池中不含有重金屬鎘,與鎳鎘電池相比,大大減少了對(duì)環(huán)境的污染。要說(shuō)兩者最大的區(qū)別,可以理解為鋰電池只能使用一次,而鋰離子電池可以重復(fù)使用。當(dāng)然,鋰離子電池也可以看做是鋰電池的衍生產(chǎn)品。
此外,之前的手機(jī)行業(yè)還用鎳電池做過(guò)一段時(shí)間源動(dòng)力,然而,就像本文前言說(shuō)的那樣,由于鎳電池對(duì)環(huán)境有污染,并且有記憶效應(yīng)以及自放電現(xiàn)象,所以鋰離子電池誕生后,以自身眾多優(yōu)點(diǎn)成為廠商青睞的對(duì)象,而鎳電池則被打入“冷宮”,這也是為什么當(dāng)下手機(jī)市場(chǎng)中都用鋰離子電池的原因。
說(shuō)到這,不知你是否走出對(duì)手機(jī)電池認(rèn)知的誤區(qū),首先,鋰離子電池只是鋰電池中的一種,也可以看成是鋰電池的改良版,而鋰電池是原電池的分支,并且只能使用一次還不可充電,所以從嚴(yán)格意義上講,鋰離子電池才可稱之為手機(jī)電池。
而鋰離子電池又和鎳電池有何不同呢這點(diǎn)從上文的介紹中就可看出端倪,由于鎳電池有記憶效應(yīng),所以需要用戶先把新機(jī)的剩余電量用光,在反復(fù)充電幾次后,從而發(fā)揮最大效能,這對(duì)現(xiàn)在的年輕人來(lái)說(shuō)操作起來(lái)非常繁瑣。
然而,現(xiàn)在還有不少人沿用了鎳電池時(shí)代的充電習(xí)慣,這對(duì)使用鋰離子電池的手機(jī)來(lái)說(shuō),會(huì)大幅降低電池壽命,因?yàn)殇囯x子電池?zé)o記憶性,用戶在使用過(guò)程中,可隨用隨充,只要不過(guò)放或者過(guò)沖,減少充電周期,延長(zhǎng)手機(jī)電池的壽命不是問(wèn)題。
這里小編為大家解釋一下何謂充電周期其實(shí),一個(gè)充電周期就是指電池電量由滿用到空,再又空充到滿的過(guò)程,不過(guò),這不等于充了一次電,例如,當(dāng)電池電量第一天用到一半時(shí),又為它充滿電,第二天亦是如此,兩次下來(lái)只能算一個(gè)周期,而不是兩個(gè)。所以有些人非要用完電再充滿的做法顯然不可取,而一些高品質(zhì)的電池經(jīng)過(guò)數(shù)個(gè)充電周期后,依然會(huì)保留原始容量的80%。
當(dāng)下的鋰離子電池只不過(guò)是為提升手機(jī)續(xù)航的技術(shù)應(yīng)用,相信在不久的將來(lái)會(huì)有更為先進(jìn)的技術(shù)來(lái)代替鋰離子電池,也許是液體或氣體,但從整個(gè)行業(yè)走向來(lái)看,為電池超快速充電,似乎成為更容易實(shí)現(xiàn)的技術(shù)。
此外,在過(guò)去的時(shí)間里,也有不少?gòu)S商為手機(jī)續(xù)航拿出解決方案,像LG的太陽(yáng)能充電、燃料供電等技術(shù),它們的工作原理顧名思義,太陽(yáng)能供電就是利用光能實(shí)現(xiàn)充電,而燃料供電則是通過(guò)正常燃料中提取出的氫氣與氧氣發(fā)生反應(yīng),把化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能,同時(shí)排放出沒(méi)有污染的水。同樣重量的燃料電池提供的電量可達(dá)鋰離子電池的10倍。
既然原先有鋰離子電池外的解決方案,那為何到現(xiàn)在也沒(méi)解決手機(jī)的續(xù)航問(wèn)題這是因?yàn)樘?yáng)能轉(zhuǎn)換效率低,并且未具備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)條件,而燃料電池最直接的原因就是造價(jià)高,所以從目前來(lái)看鋰離子電池依舊無(wú)法替代。
展望未來(lái),今后手機(jī)電池技術(shù)的研發(fā)方向應(yīng)該會(huì)向小體積、高續(xù)航方面發(fā)展,因?yàn)橹挥邪咽謾C(jī)電池的體積控制下來(lái),才能讓手機(jī)更好用,但應(yīng)該是先解決續(xù)航,還是解決體積問(wèn)題不知消費(fèi)者怎么看,小編認(rèn)為,看看當(dāng)下手機(jī)的厚度,沒(méi)有最薄只有更薄,所以筆者認(rèn)為優(yōu)先解決電池續(xù)航問(wèn)題,才是廠商的首要任務(wù)。