電池的壽命

要解答這個問題,我們得先弄明白電池的壽命。大部分人有一個誤解,認為鋰電池的壽命就是看充電的次數。其實不然,電池的壽命取決於電池的『完全充放循環次數』。它是指電池完成一次100%用電/充電的完整過程,譬如『電池從滿電到用光,然後一次性從0%充至100%』這是一次完整充放循環,『充一點用一點,分兩次從30%充到80%』也是一次完整充電循環。

於是我們有了一個基礎共識——在除去其他條件下的影響下,電池的壽命是固定的,且足以覆蓋車輛的生命周期。作為現在電動車的主流配置,三元鋰電池的理論循環壽命在1500次左右,磷酸鐵鋰的壽命更長,理論可達2000次。

但是理想和現實總是有差距,在實際使用中,有諸多的因素都在加快電池的損耗,包括溫度、過充過放以及快充。

快充傷不傷電池?

弄明白電池的壽命,我們接下來就說快充的原理。

其它種類的電池(如燃料電池),工作時會發生轉化(Conversion)化學反應,伴隨著物質的轉化而釋放能量。但是鋰電池採用的是非常獨特的鋰嵌入(Intercalation)化學反應,我們可以將電池內部視作一個泳池:充放電時,鋰離子在正極與負極之間游來游去。

鋰電池中的正極為鋰化合物,負極為石墨。充電時,在電場作用下,鋰離子嵌入到負極的石墨碳層微孔,存儲能量;放電時,電解液發生反應,這些帶電荷的鋰離子從負極脫嵌流向正極,使其處於富鋰狀態,這個過程形成電流供電。

理想狀態下,只要正負極材料的化學結構不發生變化,鋰離子電池就能保證長時間、多次數循環,達到理想的工作壽命。

但是!快充之所以快,就是強行使鋰離子快速從正極嵌出並嵌入負極,增大鋰離子的流量與速度。

快充時,由於鋰離子在電極顆粒內部的遷移速率小於其表面發生的電化學反應速率,因此會引起電極的濃差極化現象,使得正負極電極電勢差偏離平衡電勢。在電流很大時,電極負極(石墨)表面的一層半透膜 (SEI 膜——類似於隔離牆的存在,將電極材料和電解液分開,避免其發生反應)會開始發生破裂,隨後電極材料和電解液產生反應,電極材料被破壞。

持續快充,電極處的離子濃度進一步升高,極化加劇。電極材料破壞越嚴重,能夠存儲的鋰離子就越少,可逆性變低,電池的容量就會出現衰減。同時,大電流充電,內阻的增大會導致發熱以及其它副反應,如電解液的反應分解、產氣等問題。

這是短期的影響,再看長期的影響。快充帶來的發熱量與發熱不均勻,會成為電池熱失控(Thermal Runaway)的潛在誘因,當然,這個鏈式反應存在溫度臨界點。通常來說,為了安全,電池的溫度零界點一般都非常高。但是快充的另一個負面效果——析鋰效應(Li Plating)會降低這個溫度零界點。

前面說到,鋰電池是基於鋰嵌入反應(Intercalation)而設計的,當負極電流過大或溫度過低時,負極電位低於Li/Li+參考電極的電位,就會產生本不應該出現的鋰轉化(Conversion)反應,產生金屬鋰,這就是所謂的析鋰(Li Plating)。

長時間析鋰後,電池內部的鋰會形成像樹枝狀的結構,俗稱鋰枝晶。讓我們看看它的樣子:

以前的主流學說認為,鋰枝晶會刺破電池導致短路(Internal Short Curcuit),但是這個說法現在受到不少質疑,而替代的理論是,鋰枝晶的樹狀結構會導致電池的臨界溫度大幅降低,進而使熱失控風險增加。

也就是說,快充時的熱效應提高了電池溫度、析鋰效應降低了臨界溫度,兩種負面效果裡應外合,增加了熱失控的風險。


理論上來說,在快充過程中,增加電壓和電流,會產生大量的熱量,電池在高溫環境中工作,會加速電池老化;但隨著快充技術的發展,大廠商們開始通過一些技術手段改善發熱問題,優化快充機制,如果沒感覺發熱燙手,可以不用考慮加速老化的效果。本人IPhone X親測PD快充,2周內電量百分比下降2%,充電過程中手機明顯發熱。


快充技術最大特點是可以在段時間內電量達到一定值,當達到最大值會有斷流機制來防止電池過充,設計原理是不會對電池造成電池損耗,電池損耗主要原因是在低電量情況下充電,因此,建議保持在電量50%左右就開始充電,堅持隨充隨用。


有影響,會縮短使用壽命,對電池最友好的是慢充慢放。但,快充帶來的好處更多啊!在手機生命周期內,電池快充帶來的壽命縮短是可以接受的。


快充對電池的傷害更大了


有,會加快電池的損耗,但在大部分人的換機周期內這部分損耗可以接受,而且快充帶來的好處也遠大於它帶來的壞處


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