新近，一條關(guān)于手機(jī)如何充電的微博引起了熱議。微博中說(shuō)，有人做過(guò)實(shí)驗(yàn)，他買(mǎi)了3個(gè)相同手機(jī)，第一個(gè)是白天使用，晚上充電；第二個(gè)是堅(jiān)持只在電量耗盡的情況下才充電；第三個(gè)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(jié)果，一段時(shí)間后，第三個(gè)電池持續(xù)時(shí)間要比第一個(gè)強(qiáng)20%，第二個(gè)只剩下第一個(gè)的一半都不到！有人因此將手機(jī)充電的方法歸結(jié)為“少吃多餐”。這個(gè)說(shuō)法靠譜嗎？手機(jī)充電又有哪些誤區(qū)是我們所不知道的？

認(rèn)識(shí)電池

充電放電實(shí)際上是鋰離子的運(yùn)動(dòng)

“首先要明白一點(diǎn)，2000年以后，市面上的手機(jī)電池出現(xiàn)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(xiàn)在市面上銷(xiāo)售的手機(jī)百分之百都是鋰離子電池?！蹦暇├砉ご髮W(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師杜宇雷說(shuō)。

關(guān)于手機(jī)電池的種種說(shuō)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(nèi)部構(gòu)造。

“電池的基本構(gòu)造包括正極、負(fù)極與電解質(zhì)三項(xiàng)要素。作為電池的一種，鋰離子電池同樣具有這三個(gè)要素?！倍沤淌谡f(shuō)，鋰離子電池的正極是鈷酸鋰（或錳酸鋰等），負(fù)極是石墨，正負(fù)極中間有一層隔膜。

從化學(xué)反應(yīng)來(lái)說(shuō)，所謂充電的過(guò)程，就是鋰離子從正極的鈷酸鋰晶體結(jié)構(gòu)中跑出來(lái)，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)，嵌入負(fù)極石墨中。而放電過(guò)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(gè)可逆的化學(xué)反應(yīng)?！?/p>

不過(guò)雖然這種反應(yīng)是可逆的，但是電池使用過(guò)程中，正、負(fù)極材料、電解液和隔膜等的變化都會(huì)引起鋰離子電池的性能退化，所以從大的趨勢(shì)來(lái)看，電池的電量總是在不斷減少。對(duì)于手機(jī)鋰離子電池的循環(huán)壽命，我們國(guó)家的“國(guó)標(biāo)”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(gè)充放電循環(huán)是指將電池充至標(biāo)準(zhǔn)電量再用光的過(guò)程。

從以上分析，我們會(huì)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(shuō)，現(xiàn)在的智能手機(jī)，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(shí)際使用中，由于受到使用環(huán)境、充放電過(guò)程的差異等因素的影響，電池容量的損失可能比“國(guó)標(biāo)”測(cè)試條件下要大，這就是大多數(shù)人感覺(jué)電池在使用1-2年后明顯不經(jīng)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(guò)程是怎么完成的呢？仔細(xì)觀察一塊鋰離子電池，你會(huì)發(fā)現(xiàn)電池上面有電池容量的標(biāo)注。

杜教授拿出一塊三星的鋰離子電池，上面標(biāo)注著容量1000mAh（毫安時(shí)），這個(gè)數(shù)據(jù)代表這樣的電池如果用1000毫安的電流充電，理論上一個(gè)小時(shí)可以充滿(mǎn)。這個(gè)容量的大小，各種手機(jī)電池會(huì)有所不同，與電池正極活性物質(zhì)的使用量有關(guān)。

生活中，我們只知道把充電器連上手機(jī)進(jìn)行充電，事實(shí)上，電池的充電過(guò)程大致分為三步。

首先是涓流充電（預(yù)充階段），針對(duì)完全放電的電池，電壓低于3V左右時(shí)，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(jìn)行充電，此時(shí)電池的容量已經(jīng)達(dá)到額定容量的80%-90%，電壓不斷升高；當(dāng)電池電壓上升到4.2V（最高電壓），恒流充電就結(jié)束了，開(kāi)始恒壓階段充電，此時(shí)電流不斷下降，容量繼續(xù)上升，達(dá)到最大值?！耙粋€(gè)正常的充電程序，在2-4小時(shí)之間。”杜教授說(shuō)。

避免過(guò)度充電放電

與正常充電相違背的就是過(guò)度充電。杜教授說(shuō)，從電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析，過(guò)充時(shí)，鋰離子從晶體結(jié)構(gòu)中跑出來(lái)太多，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重變化，會(huì)對(duì)電池性能造成永久性傷害；更嚴(yán)重的后果是，過(guò)充可能會(huì)析出枝杈狀金屬鋰從而刺穿隔膜，形成內(nèi)部短路；如在殼體破裂的情況下，金屬鋰與空氣直接接觸，導(dǎo)致燃燒，同時(shí)引燃電解液，發(fā)生強(qiáng)烈火焰，氣體急速膨脹，發(fā)生爆炸。

所以過(guò)充對(duì)鋰離子電池的傷害很大并可能帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患。

而過(guò)放會(huì)使嵌在石墨中的鋰離子脫嵌得太多，引起片層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塌陷，造成再次充電時(shí)鋰離子難以進(jìn)入，使得電池的性能下降。

不過(guò)在日常使用中，其實(shí)出現(xiàn)嚴(yán)重的過(guò)充和過(guò)放的情況都不是很多。杜教授說(shuō)，因?yàn)槭謾C(jī)的配套充電器和手機(jī)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(guò)程。此外，電池里也有保護(hù)電路，能起到最后的保障作用。

案例分析

“少吃多餐”不會(huì)損害電池，但也不會(huì)改善

那么，案例中出現(xiàn)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(gè)晚上充電，那么如果充電器不配套或是充電器保護(hù)電路失效，就可能會(huì)產(chǎn)生過(guò)充的情況。而第二種情況，如果長(zhǎng)期堅(jiān)持只在電量耗盡的情況下才充電，這樣放電的電化學(xué)反應(yīng)程度過(guò)深，材料的性能衰減比較大。盡管電池會(huì)有自身的保護(hù)，但是針對(duì)正常使用來(lái)說(shuō)，也算是一種過(guò)放。電池內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生上述的過(guò)放現(xiàn)象。第三種情況，避免了過(guò)放的現(xiàn)象，電化學(xué)反應(yīng)體系受到的影響最小。

可是有人隨后就會(huì)有疑問(wèn)，像第三種方法那樣隨便充放可以嗎？不會(huì)損害電池嗎？這涉及到一個(gè)“記憶效應(yīng)”的概念?！坝洃浶?yīng)”是過(guò)去鎳鎘和鎳氫電池具有的特性。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，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(duì)于鎳鎘和鎳氫電池來(lái)說(shuō)，如果不用完就充電，對(duì)容量有損失。而鋰離子電池材料本身的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)反應(yīng)決定了，它沒(méi)有記憶效應(yīng)。

所以像第三種充電方法是可行的，這就相當(dāng)于一次充滿(mǎn)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(gè)循環(huán)。這樣等于是采取了“少吃多餐”的方法。不過(guò)通宵充電并不合適。

杜教授表示，“少吃多餐”對(duì)電池的使用性能沒(méi)有太大影響，不會(huì)損壞電池，但也不會(huì)改善電池，因?yàn)榭側(cè)萘渴且粯拥?，只是分批使用罷了。另外，杜教授說(shuō)微博中的這個(gè)實(shí)驗(yàn)還是定性的，真正的結(jié)果需要在實(shí)驗(yàn)室中采用科學(xué)的定量的實(shí)驗(yàn)才能得出，因此，該實(shí)驗(yàn)得出一種方法比另一種方法電池持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)20%的結(jié)論還有待科學(xué)的考證。

1點(diǎn)提醒

不要混用充電器，慎用萬(wàn)能充

杜教授提醒，鋰離子電池是有標(biāo)準(zhǔn)的充電程序的，手機(jī)標(biāo)配的充電器就是按照這個(gè)程序充電的。

像有一些萬(wàn)能充電器，它的設(shè)計(jì)就是恒流充完恒壓充，但是電壓沒(méi)有截止，所以后面一直以小電流充，這樣看上去電量充得滿(mǎn)很耐用，其實(shí)損害很大，長(zhǎng)期這樣，會(huì)破壞本身電化學(xué)反應(yīng)。

另外，不同電池容量不同，充電器的電流不同。如果混用，會(huì)傷害電池。像一些萬(wàn)能充，它的容量設(shè)計(jì)在幾百-3000毫安時(shí)，如果用大電流充小容量的電池，對(duì)電池會(huì)有損害。所以應(yīng)急式充電方式應(yīng)少用。

2個(gè)誤區(qū)

電池前三次使用要放空后充12個(gè)小時(shí)？

杜教授說(shuō)，這種“前三次充電要充12小時(shí)以上”的說(shuō)法，是從鎳氫電池延續(xù)下來(lái)的說(shuō)法。這種說(shuō)法，可以說(shuō)一開(kāi)始就是誤傳。

鋰離子電池在開(kāi)始使用時(shí)不需要通過(guò)深度充放電來(lái)進(jìn)行激活，因?yàn)殡姵氐募せ钸^(guò)程在制造電池的時(shí)候就已經(jīng)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(jìn)行幾個(gè)循環(huán)，使電極浸潤(rùn)電解液充分活化，使容量達(dá)到要求，這樣出來(lái)的鋰離子電池到用戶(hù)手上時(shí)其實(shí)已經(jīng)是激活過(guò)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(shí)間無(wú)需12個(gè)小時(shí)，鎳氫電池需要這樣做是因?yàn)?，要通過(guò)涓流充電過(guò)程（小電流充電）才能使電池達(dá)到充飽狀態(tài)。而鋰離子恒流充電階段，容量就達(dá)到80%-90%，在恒壓充電階段1-2小時(shí)即可達(dá)到100%，再延長(zhǎng)時(shí)間充電沒(méi)有太大意義。

要等手機(jī)電用完再充電？

“盡量把手機(jī)電池的電量用完，最好用到自動(dòng)關(guān)機(jī)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(yīng)發(fā)生，而對(duì)于鋰離子電池，沒(méi)有必要用到關(guān)機(jī)再充電，鋰離子電池本來(lái)就適合用隨時(shí)充電的方式進(jìn)行使用，這也是它針對(duì)鎳氫電池的最大優(yōu)勢(shì)之一，可以加以利用。

不要以為充電次數(shù)多會(huì)損壞電池，這個(gè)說(shuō)法對(duì)鋰離子電池并不適用。

3個(gè)疑問(wèn)

手機(jī)電量用光是否損傷電池？

手機(jī)出現(xiàn)低電量報(bào)警，其實(shí)就是手機(jī)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(huì)強(qiáng)制斷開(kāi)，限制手機(jī)使用。這樣實(shí)際上還不到過(guò)放的階段。不過(guò)如果經(jīng)常這樣，也是不可取的。

久充是否會(huì)使電池爆炸？

鋰離子電池的手機(jī)或充電器在電池充滿(mǎn)后都會(huì)自動(dòng)停充，并不存在鎳電充電器所謂的持續(xù)十幾小時(shí)的“涓流”充電。也就是說(shuō)，如果你的鋰離子電池在充滿(mǎn)后，放在充電器上也是白充。不過(guò)，誰(shuí)都無(wú)法保證電池的充放電保護(hù)電路的特性永不變化和質(zhì)量的萬(wàn)無(wú)一失，所以你的電池將長(zhǎng)期處在危險(xiǎn)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(huì)自然損失。研究表明，鋰離子電池在完全充電的狀態(tài)下長(zhǎng)時(shí)間存放，其容量會(huì)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(shuō)，電池的容量會(huì)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(huì)損失2%。而在40℃環(huán)境下，完全充滿(mǎn)電的鋰離子電池存放一年后，其容量損失高達(dá)35%。因此，一定要細(xì)心地注意使用環(huán)境，防止高溫現(xiàn)象，比如手機(jī)放在汽車(chē)的前臺(tái)上，中午的太陽(yáng)直射很容易就可以使其超過(guò)60℃

電池的性能退化一方面是使用和老化的自然結(jié)果，另一方面則由于缺乏維護(hù)、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(wèn)題、其原因及彌補(bǔ)這些問(wèn)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(dāng)會(huì)促使這種狀態(tài)的發(fā)展。自放電率呈漸近線(xiàn)規(guī)律，最高的放電率出現(xiàn)在剛充電之后，然后逐漸減小。

鎳基電池表現(xiàn)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(gè)24h期間其電高量約減少10%。此后，自放電率穩(wěn)定至每個(gè)月約10%。通常溫度較高，其放電率也增大。一般的準(zhǔn)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(jīng)過(guò)數(shù)百次循環(huán)后其自放電率也增大，電池的極板開(kāi)始膨脹從而更緊密地?cái)D壓電極之間的隔膜，形成金屬樹(shù)枝狀晶體，這是結(jié)晶體生長(zhǎng)的結(jié)果（記憶效應(yīng)），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(dá)30%時(shí)，應(yīng)予棄用。

鎳離子電池在充電后的第一個(gè)24h的自放電率為5%。此后下降至每月1%-2%，電池的安全保護(hù)電路增加約3%。高的循環(huán)次數(shù)和老化對(duì)鋰基電池的自放電率沒(méi)有影響。鉛酸電池的自放電率約每月5%或者每年50%，重復(fù)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(cè)定，但此程序需要數(shù)小時(shí)。測(cè)得的電池內(nèi)阻?？煞从畴姵氐膬?nèi)阻是否過(guò)高。此參數(shù)可用阻抗計(jì)測(cè)量或用電池分析儀的歐姆測(cè)試程序。

電池的匹配

即使采用了現(xiàn)代化的生產(chǎn)制造技術(shù)，電池的容量也不可能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，尤其是對(duì)鎳基電池。制造過(guò)程中，將每個(gè)電池以其容量的大小加以檢測(cè)并分類(lèi)。高容量“A”類(lèi)電池通常以?xún)?yōu)質(zhì)級(jí)價(jià)格按特殊用途電池出售；中等容量“B”類(lèi)電池應(yīng)用于工業(yè)和商業(yè)產(chǎn)品；低端“C”類(lèi)電池則以廉價(jià)出售。通過(guò)循環(huán)充放電并不能改善低端類(lèi)別電池的容量。購(gòu)買(mǎi)低價(jià)的可充電電池所得的是低電池容量。

在以多個(gè)電池組成的電池組中，電池的匹配應(yīng)控制在±2.5%以?xún)?nèi)。在組成電池個(gè)數(shù)多的電池組中，以及需輸出大負(fù)載電流和在低溫下工作的電池組，需要更嚴(yán)格的電池容差控制。在一個(gè)新的電池組中的各個(gè)電池如果稍有小的失配，在經(jīng)過(guò)數(shù)次充電循環(huán)后，將能互相平衡自行適應(yīng)。電池之間能否很好地平衡適應(yīng)，關(guān)系到電池組是否具有較長(zhǎng)的使用壽命。

為何電池的匹配如此重要？這是因?yàn)橐粋€(gè)“弱”電池含有的容量較小，它比“強(qiáng)”電池更快地放充電。這種放電過(guò)程的不平衡導(dǎo)致“弱”電池在放電經(jīng)過(guò)低電壓時(shí)，電池極性會(huì)反轉(zhuǎn)。在充電時(shí)“弱”電池在被充過(guò)程中首先進(jìn)入發(fā)熱過(guò)充狀態(tài)，而此時(shí)較強(qiáng)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(dǎo)致嚴(yán)重的失配。

優(yōu)質(zhì)電池比低質(zhì)量電池的電容量更為一致也更為均衡。對(duì)高端大功率工具應(yīng)選用高質(zhì)量電池，因其在大負(fù)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(bào)是電池組有更長(zhǎng)的壽命。

鋰基電池從生產(chǎn)線(xiàn)上下來(lái)時(shí)其本質(zhì)性能就匹配得很好。在電池組內(nèi)部各單個(gè)電池需符合嚴(yán)格的容差是非常重要的。電池組所有的電池必須在統(tǒng)一的時(shí)間之內(nèi)達(dá)到充電滿(mǎn)量，而且在放電終結(jié)時(shí)達(dá)到同樣的門(mén)限電壓。電池組內(nèi)置的保護(hù)電路應(yīng)在電池出現(xiàn)不正常的工作狀態(tài)時(shí)起到安全保護(hù)作用。

短路的電池

電池生產(chǎn)廠商常常無(wú)法解釋當(dāng)電池還處于較新的狀態(tài)時(shí)，為何某些電池顯示出高的漏電率或者出現(xiàn)電氣短路。其可疑的原因是電池在制造過(guò)程中可能混入了外來(lái)顆粒雜質(zhì)。另一種是電極上的粗糙點(diǎn)造成對(duì)隔膜的損傷。因此對(duì)電池應(yīng)改善其制造過(guò)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(zhuǎn)也會(huì)導(dǎo)致電池短路。如果鎳基電池在大電流放電至徹底放光時(shí)，這種狀態(tài)也可能出現(xiàn)。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(dǎo)致的隔膜損傷，這就是所謂的記憶效應(yīng)。

采用瞬時(shí)大電流脈沖試圖修復(fù)短路的電池，其成功率極為有限。這種短路可能暫時(shí)被蒸發(fā)，但是對(duì)隔膜材料的損傷依然存在。這種修復(fù)后的電池常表現(xiàn)有高的放電率并且短路還會(huì)再次出現(xiàn)。在一個(gè)已老化的電池組中更換某個(gè)短路電池并非可取。除非這個(gè)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(huì)損失一些電解液，特別是如果由于粗心不適當(dāng)充電產(chǎn)生過(guò)大的氣體壓力以致出現(xiàn)氣體排放。一旦出現(xiàn)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?chē)矸e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(diào)節(jié)的鉛酸電池（VRCA）中電解液的損耗是一個(gè)久已存在的問(wèn)題。其原因是過(guò)充以及在高溫下工作造成的。用加水補(bǔ)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(yīng)不產(chǎn)生氣體以致出現(xiàn)排氣的問(wèn)題。但是鋰離子電池在某些條件下也會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部壓力。某些電池內(nèi)部配置——電路開(kāi)關(guān)，當(dāng)電池壓力達(dá)到某個(gè)臨界值時(shí)，該開(kāi)關(guān)可切斷電流。另外有些電池則設(shè)計(jì)成一種可控的方式或打開(kāi)安全隔膜以釋放氣體。