Почему аккумуляторы мобильных телефонов не долговечны зимой

Почему мой маленький телефон ясно показывает, что у него все еще 20% заряда батареи, но я вынул его, чтобы просканировать общий велосипед, а затем показал 2% заряда батареи, затем он автоматически выключился, на севере он выглядел грязным и шелестящим вверх мне.

Почему мой маленький телефон превращается в кирпич, когда он замерзает на улице, но когда я возвращаюсь в комнату, чтобы нагреть его, я могу снова включить его, и заряд батареи восстановится.

Или почему мой маленький мобильный телефон зимой так быстро падает, поэтому куда бы я ни пошел, я должен носить с собой внешний аккумулятор.

Тогда вы можете задаться вопросом о жизни: у меня в телефоне разрядилась батарея, почему это так же непредсказуемо, как детский нрав?

На самом деле аккумулятор вашего мобильного телефона не сломан, он вызван этим темпераментом и может только следовать ему.

Прежде всего, вы должны знать, что в вашем мобильном телефоне есть литий-ионный аккумулятор. Да, именно литий-ионный аккумулятор получил в этом году Нобелевскую премию по химии.

Литий-ионные батареи в основном состоят из катода (катодный электрод), анода (анодный электрод), электролита (электролита), сепаратора (сепаратора) и корпуса (корпуса).

Из-за небольшого внутреннего пространства мобильного телефона, чтобы полностью использовать пространство, положительный электрод литий-ионной батареи на мобильном телефоне представляет собой оксид лития-кобальта (высокая плотность, небольшой объем и небольшое пространство), а отрицательный электрод - графит

Я считаю, что каждый лучше понимает принцип работы литий-ионных аккумуляторов. Принцип заключается в накоплении и высвобождении энергии за счет миграции ионов лития между положительным и отрицательным электродами. Миграция ионов лития аналогична поведению кресла-качалки и также называется «батареей кресла-качалки». При зарядке ионы лития извлекаются из положительного электрода, а затем вводятся в графитовый слой отрицательного электрода через электролит и объединяются с электронами из внешней цепи; при разряде направление движения ионов и электронов лития противоположно направлению зарядки.

Вышеупомянутое изображение предназначено только для удобства объяснения принципа работы литий-ионного аккумулятора и так просто рисует движение литий-ионного аккумулятора. На самом деле перемещение литий-ионных аккумуляторов намного сложнее, просто посмотрите на картинку ниже.

Во время разряда ионы лития перемещаются от отрицательного электрода к положительному. Сначала они должны диффундировать в графитовом слое, проходить через границу раздела между графитом и электролитом, затем мигрировать в электролите, проходить через границу раздела между электролитом и кобальтатом лития и, наконец, попадать в кобальтат лития. Распространение. Можно сказать, что эта ступенька может пересечь горы и океан, и действительно непросто «переместиться один раз» с ионом лития.

Вместе с тем, почему литий-ионные аккумуляторы так быстро заряжаются зимой?

Не волнуйтесь, давайте сначала посмотрим на картинку. Это кривая разряда литий-ионного аккумулятора при разных температурах.

Когда вы получаете изображение, первое, что вам нужно проверить, это его ось. По оси абсцисс отложена емкость Q (электричество), а по оси ординат - напряжение U. Глядя на это, я не могу не придумать формулу

W = QU (энергия = электричество × напряжение)

Немного разбираясь в расчетах, вы можете знать, что область, ограниченная кривой и осью координат на рисунке, является энергией. Этот рисунок говорит нам о том, что по мере того, как температура литий-ионного аккумулятора уменьшается, выделяемая им энергия также уменьшается. Мало того, его емкость падает, а напряжение становится все ниже и ниже.

Вот почему литий-ионные аккумуляторы зимой недолговечны. Любопытная маленькая красавица определенно не удовлетворена простым знанием этого явления, но хочет знать более глубокие причины.

Как упоминалось ранее, когда литий-ионный аккумулятор разряжен, ионы лития будут мигрировать от графита к положительному электроду, таким образом пересекая горы и море. Когда температура ионно-литиевой батареи снижается, миграция ионов лития будет затруднена. При понижении температуры коэффициент диффузии ионов лития в графите и оксиде лития-кобальта будет уменьшаться, а вязкость электролита увеличиваться, и миграция ионов лития в активном материале и электролите будет значительно затруднена.

Это звучит очень не интуитивно. Давайте посмотрим на состав не добавленного электролита, чтобы понять, что произошло. Растворителем электролита является смесь этиленкарбоната (EC) и диметилкарбоната (DMC).

Вы видите точки плавления этих двух веществ? Этиленкарбонат затвердевает при комнатной температуре, а диметилкарбонат становится твердым при 0 ° C. Затем, когда литий-ионный аккумулятор находится в низкотемпературной среде, вязкость электролита увеличится, а в тяжелых случаях он даже частично замерзнет. Ионы лития мигрируют в замороженном электролите, что трудно учесть.

При низких температурах миграция ионов лития затруднена. Наиболее значительный эффект заключается в том, что внутреннее сопротивление батареи значительно увеличивается, а напряжение на клеммах литий-ионной батареи (напряжение на клеммах = напряжение холостого хода - ток x внутреннее сопротивление батареи) падает. Когда мобильный телефон обнаруживает литий-ионный аккумулятор, когда аккумулятор находится в состоянии низкого напряжения, он предупреждает вас о низком заряде аккумулятора и даже автоматически отключается для защиты аккумулятора. На самом деле литий-ионный аккумулятор явно имеет такую ​​большую мощность, но ее нельзя отобразить.

Чтобы преодолеть эту проблему, ученые также работают над разработкой добавок к электролитам и низкотемпературных электролитов, чтобы литий-ионные батареи можно было нормально использовать при низких температурах.

Что касается литий-ионного аккумулятора мобильного телефона, есть ли способ предотвратить его быстрое отключение зимой?

Конечно, выход есть. Не используйте телефон на морозе на улице. Найдите теплое место (например, в отапливаемой комнате) и берегите свой маленький сотовый телефон от раздражения. Кстати, а в отапливаемом помещении плохо играть мобильными телефонами? Если вы действительно хотите использовать свой телефон на улице в холодную погоду, используйте его как можно скорее и положите в карман как можно скорее после использования. Не волнуйтесь, если ваш телефон завис или неуклюже. Положите его в теплое место, вы можете вернуться к обычному использованию.

На самом деле, зимой вам следует быть осторожнее, чтобы не заряжать телефон при низких температурах. Как упоминалось ранее, скорость миграции ионов лития будет уменьшаться при низких температурах. При зарядке литий-ионного аккумулятора при низких температурах скорость введения ионов лития в графитовый слой относительно мала, и нет времени, чтобы вставить ионы лития в графитовый слой, но электроны получают непосредственно на слое кремния. Металлический литий образуется на поверхности графита. Этот процесс называется «осаждением лития». Часть выпавшего в осадок металлического лития становится неактивной, то есть не будет участвовать в будущей миграции ионов лития и станет «мертвым литием».

Умно, вы, должно быть, подумали, что, если меньше ионов лития участвует в миграции во время зарядки и разрядки, емкость литий-ионных аккумуляторов также уменьшится. Даже если аккумулятор вернуть в теплое место, это падение емкости необратимо. , Не подлежит восстановлению. На данный момент есть только два решения - заменить аккумулятор или заменить телефон (причин для замены телефона больше).