手机电池技术:为何锂离子电池会着火

作者编写了美国IT网站PCWorld的文章，详细论述了移动设备中锂离子电池的原理、缺陷以及未来的发展趋势。

化学原理

移动设备中使用的电池是化学工程的产物:在一个小立方体中储存大量的能量可以让设备运行数小时。它是如何工作的?你怎么样才能最大限度地利用它呢?

大多数现代移动设备使用锂离子电池，它重要由两部分组成:一对电极和它们之间的电解质。有很多种电极信息，包括锂、石墨，甚至纳米线，但由于锂的化学成分，它们都不是例外。它是一种活性金属，因此很容易与其它元素合成。纯锂非常活跃，可以在空气中自燃，所以大多数电池使用钴酸锂，这更安全。

在两个电极之间是一种电解质，通常是一种电子可以移动的液体有机溶剂。当锂离子电池充电时，锂钴氧化物分子捕获电子，在电池寿命期间释放它们，然后支持手机。

锂是最常见的电池类型，因为它可以在最小的空间存储最多的能量。这一需求是以能量密度来衡量的，即每千克电池所储存的能量，单位是瓦特小时(wh)。锂离子电池的能量密度通常为每千克150到250瓦时，而镍氢电池的能量密度仅为每千克100瓦时。换句话说，锂离子电池比其他类型的电池更小、更轻，因此它们可以压缩设备的体积，但仍能保持较长的电池寿命。

这个化学过程可以概括为:设备中的电池可以储存能量，然后内部的化学物质可以以任何可能的方式释放能量。但它也带来了一些问题，比如最新的波音787梦想飞机(Boeing787dreamliner)的电池在停靠时着火。

这是锂离子电池的缺点之一:假如放电过多，电池内部的化学物质就会分解，出现过多的锂氧化物，进而燃烧，出现更多的锂氧化物，等等。化学家称之为热逃逸，普通人看到的是火。这就是为何波音787被联邦航空局停飞的原因。由于当电池被刺穿时也会发生同样的事情，美国运输安全管理局(TSA)建议航空公司的乘客将电池小心地存放在随身行李中，而不是托运。

电池容量

电池容量的单位是毫安时(mAh)，表示电池能供应的总功率。例如，假如一个电池的容量是1000毫安，它可以持续供应1000毫安的电流1小时。假如你的设备运行在500毫安时，电池可以维持大约两个小时。

然而，设备的电池寿命一直都比较混乱，因为特定设备消耗的电量取决于它执行的任务。假如设备的屏幕是开着的，无线传输是开着的，处理器是全速运行的，那么与屏幕是关着的，无线传输是关着的，处理器是空闲的情况相比，它会消耗更多的能量。

这就是为何消费者应该对电池续航时间更加谨慎的原因，他们可以通过降低屏幕亮度或关闭某些组件来延长电池续航时间。假如你好奇，可以使用一些专门的应用程序来监测移动设备的功耗和电池状态，包括Android上的电池监测小部件和iOS上的BaterryLifePro。

控制电流

严格控制锂离子电池是必要的，因为它有着火的可能性。电池制造商通过充电控制器处理电流，然后完成意图。事实上，每个电池都内置了一台小型电脑，以防止电池放电过多。该模块还控制充电时进入电池的电流，在电池快溢出时减慢电流，防止充电过度。

为了展示这一过程，我们给三星GalaxyNote充电，测量了整个过程中的电流，并将其与相应的功率比进行了比较。从上图可以看出，充电开始时电流最大，然后逐渐减小。在一天结束的时候，部分充电会有很长的充电时间，因为控制器会减慢电流以防止电池过度充电。

未来发展

电池技术一直在提高，世界各地的许多实验室都在开发新的电池技术，以取代锂离子电池或开发更先进的电池。