固态电池技术突破 延长电池寿命/提升充电能力
来源：宝鄂实业
2019-03-21 00:27
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人们对电池的要求并不高：在需要的时间内尽可能长时间地提供能量，充电速度快，不会突然起火，但是2016年的一系列手机电池起火事件动摇了消费者对锂离子电池的信心。自上世纪80年代推出以来，锂离子电池曾帮助引领现代便携式电子产品的发展，但是一直受到安全问题的困扰。随着人们对电动汽车兴趣越来越大，研究人员和业内人士都在寻找改进充电电池的技术，此类技术需要能够安全可靠地为汽车、自动驾驶汽车、机器人和其他下一代设备提供动力。
据外媒报道，美国康奈尔大学(Cornell University)的一项新研究改进了固态电池的设计。固态电池本质上比现有的锂离子电池更安全，能量密度也更高，锂离子电池依赖易燃液体电解质将存储在分子键中的化学能量快速转移至电能中。康奈尔大学研究人员将液体电解质转化为电化学电池内部的固体聚合物，利用了液体和固体的特性以克服当前影响电池设计的关键限制。
该研究的博士后研究员兼首席作者Qing Zhao表示：“可以想象一下一杯装满冰块的玻璃杯，有些冰块会接触到玻璃杯，但是也有缝隙。但是如果将玻璃杯装满水并且冰冻起来，界面就会被完全覆盖，玻璃杯内的冰块与水之间就可以建立起牢固的联系。在电池中利用同样的概念就可以促进离子在电池电极固体表面向电解质高速率转移，而不需要可燃液体。”
该方案的关键在于引入特殊分子，在不损害电池其他功能的情况下，在电化学电池内引发聚合。如果电解质是环醚，可设计引发剂，让其撕裂环，从而产生结合在一起的反应性单体链，以产生与醚的化学性质基本相同的长链状分子。此类坚固的聚合物在金属界面处保持了紧密连接，犹如玻璃杯中的冰块。
固态电解质除了有助于提高电池的安全性外，还有助于让下一代电池能够利用锂和铝等金属作为阳极，与当今最先进电池技术相比，可实现更大的能量存储。在此种情况下，固态电解质可以防止金属形成树突，从而导致电池短路、过热和故障。尽管固态电池优势明显，但是大规模量产遭受了阻碍。制造成本高，以前的设计导致的界面性能差，都造成了重大的技术障碍，此外，固态系统还能够稳定电池热变化，从而免去电池冷却的必要。
锂离子电池的衰退机理有很多，大体上可以分为滥用衰退与正常衰退两种。滥用衰退是可以避免的，包括过充、过放、低温、大功率充放电、等等。对于手机的使用场景来说：
过充：电子设备有电路保护，一般不会发生这种情况，因此用户也不必去担心。
过放：这是一个模糊的概念。大体上而言，尽量不要在电量 20% 以下使用手机，特别不要在 5% 电量以下使用手机，会对电池造成不可逆损伤。
低温：主要是指低温充电危害很大。电子设备一般也都有保护了（iPad 在低温下是充不进去电的），因此，用户也不必去担心。
大功率充放电：电子设备的放电，一般是比较温和的。就是一直玩游戏，手机也能撑个三四个小时，这最多就是 0.2C 放电，非常温和，用户也不必担心。充电呢，也是由充电器和电子设备的电路保护的，用户也不必担心。
正常衰退是不能避免的，主要影响因素是放电深度的积分与静置时的电量状态。
放电深度积分：也可以称为放电循环次数，比如从 100% 放到 50%，这就算是 0.5 个循环。意思就是说，平时用得越多，那么衰退越快。但手机买来就是用的嘛，能用就用。
静置时的电量状态：这一点在学术上有争议。主流观点是，电量越高则衰退越快。意思就是，100% 的电池放一个月，与 50% 的电池放一个月，前者的容量衰退更大一些。
因此，推荐的使用习惯是什么呢？ 如下：
首先，避免滥用情况。除去电路保护的部分，用户需要注意的是，尽量不要把手机电量用到很低——随身带充电宝吧。
其次，降低正常使用下的衰退。当然，该用的时候还是用，不能为了保护电池就不玩手机了吧？ 这里的建议是：没事儿就把充电线插到手机上充电。这样的话，手机会从外部取电，相当于减少了放电循环次数。
最后，“最优”的使用习惯是：将手机电量维持在 30%-50% 的低电量状态，直到出门前 2 个小时，再充满到 100%。这样就降低了“高电量状态下的静置时间”。——当然，这个策略对于手机等消费级电子设备是不适用的，付出与成本不成比例。但对于电动汽车来说，电池很大很贵，就值得开发出这样的智能充电器。事实上，很多机构正在做。
Q & A根据评论总结出了各位朋友的 3 个质疑：
1. 苹果店 or 书上 or 专家说电池要每隔一段时间放光再充满，才能够保持寿命的啊！？
答： 苹果店 or 书上 or 专家应该说的是上一代充电电池，镍氢电池，有记忆效应。而锂离子电池，无论是在理论上还是实践中，至今从未观测到有任何记忆效应。因此，苹果店 or 书上 or 专家的这种说明，是没有依据的。
2. 插着充电线玩手机，那不是一边充电、一边放电，对电池的损耗更大吗？
答： 提出这个问题的朋友，是把电池想像成了“水库”模型。水库有进口、有出口，有可能进口在进水，而出口在出水。这种模型下，就有可能水面高度不变（电量不变），而实际上流量很大的情况。而电池寿命衰减是有关的，流量大不就是衰减快吗？ 这种想法的问题在于，电池不是水库，它没有两个口，只有一个口：这个口中，要么在充电，要么在放电，不会出现充放电同时发生的情况。
3. 插着充电线玩手机，会爆炸吗？
答： 应该是存在插电玩手机爆炸的案例，但我不能辨别哪些是真新闻、哪些是假新闻。譬如网易手机频道，如果苹果不续费就会出现苹果手机爆炸，三星不续费就会出现三星手机爆炸的新闻……
试着分析了一下，边充电边玩手机，会使充电发热（源自于电池内阻，电能来自于充电线） 与用电发热（源自于 CPU 与屏幕，电能来自于充电线）的两种发热效应同时发生，温度会更高，从而有可能引发爆炸的风险（如果电池质量不合格）。
说到底，爆炸是电池安全问题，不是电池寿命问题，有些跑题了。
