为什么电池寿命会随着时间变差

相信你已经注意到，如果你的手机在用过一段时间之后，你们明显感觉到手机电池的充电性能有明显的不同。如果手机使用到足够长的时间，你手机可能一天都要充几次电。你有没有想过为什么？

首先我们了解下电池是如何工作的

电力并不神奇。实际上，对于我们大多数人来说，这是一个相当无聊的话题，我们只希望它能够在我们需要时使用它。但要理解为什么你的手机电池性能越来越差，你需要知道一点电池的工作原理。别担心，小编说的都是基础知识。

像任何能量一样，电力不是你能创造的东西。所有我们认为“制造”电力的东西实际上只是将一种形式的能量转化为另一种形式，而电池则使用化学反应（能量）来建立可随时间计量的电荷。我们的手机中，我们使用锂基电池，因为它们以合理的成本提供体面的产出水平。

在手机电池内部，您会发现三个对于我们所谈论的内容非常重要的组件：负极（称为阳极，通常由石墨制成），正极（称为阴极并由锂和其他金属）和电解质溶液。这三块材料的化学反应在其基础上很简单，也是为什么它们可以用来储存能量。当你充电时，来自充电器的锂离子带正电并被吸引到负极。当您将电荷从电池中取出时，这些锂离子将失去其正电荷并不再吸收负极。您将储存的能量从已充电的电池中抽出的时间越长，不再充电的锂离子数量也会增加，直到剩下的锂离子不足以产生任何输出并且电池已耗尽。将其插入充电器将重置此循环。

“循环”在这里是一个重要的词。由于电池设计用于存储电量，因此很难将其使用寿命作为一个时间单位进行测量。一个为你持续两年的电池可能只有六个月的时间供其他人使用，因为它们的使用方式不同，每个人使用手机耗电不一样，充电不一样。所以我们很难估计它们能持续多久，电池的寿命是通过充电周期来衡量的。手机电池通常设计为可持续大约500至600个周期，并且一个周期被定义为将完全耗尽的电池充电至100％，然后再次将其耗尽至零。对剩余电量为50％的电池充电，然后将电量回流至50％属于部分循环，这就是为什么您会听到它建议在电池电量不足之前给电池充电。当然，这种方式并不奏效，因为电池实际上并不计算充电周期的数量。五百只是一个估计。

但是，由于当您为电池充电时会发生什么，以及它如何影响未来的充电周期，可以存储的能量以及存储电荷的电压（电压的数量），因此预测电池循环寿命理论上是可行的。

氧化和效率

由于电动汽车是一件真实的东西，而且他们使用的电池价格非常昂贵，因此有关锂离子电池为何在使用寿命期间降解的研究已经展开。值得庆幸的是，这也适用于我们手机内较便宜（但仍然很贵）的电池，这是因为充电过程中会发生化学变化。

我们知道，对电池充电可以使锂离子充电，然后磁性吸引锂离子（电是磁性的）。随着越来越多的带电离子被吸引，负极和正极之间的电位差增大。这就是测量电压的方法–两个电极之间的势能差异。一旦达到特定读数，电池将被视为充满电。在放电时，情况正好相反，电位差减小到零，因为负电极上不再有正电荷的离子。但是这并不意味着负极是干净的，就像在你开始之前一样。

电极氧化。与水和空气一样，铁会生锈（这是氧化来自的地方），锂，石墨和电解质盐会导致电极氧化。当每个带正电荷的离子从电池的阳极上剥离时，微观层的粒子留下并且已经化学结合到石墨阳极。这些颗粒由氧化锂（与氧结合的锂）原子和碳酸锂（与碳键合的锂）原子制成，两者都不具有与石墨相同的化学或电学性质。该层干扰充电/放电循环，并且电位差（电压）和可以被吸引的带电离子的数量都改变，并且最终这些改变足以注意到。

充电电池本质上改变了电极的组成，并影响将来充电的方式。

不同类型的锂组合物以及电解质溶液中使用的不同盐会影响这些沉积物留在电极上的多少，但是制造更清洁循环的材料不一定是最好的，因为他们无法提供尽可能多的储存能量。我们希望手机中使用高容量，低功耗的电池，因为它们比高功率电池更安全，成本更低，我们希望它们能够尽可能长时间地为我们的手机供电。电动车辆可以使用高容量，高功率的电池，因为它们由坚固的框架保护并且不太可能被损坏。一辆汽车还需要能够在两次收费之间长途跋涉。特斯拉ModelS更换电池的成本大约在12,000美元。

电压很重要

影响锂离子电池循环次数的最大因素之一是其电压。由于手机和汽车不是设计用于充电锂电池的唯一东西，因此2015年美国能源部花费大量金钱和时间来查看究竟是什么原因导致问题以及如何减轻这些问题，因为卫星使用锂基电池和太阳能充电器。在电池本身的组成之后，影响电池寿命的下一个最大罪魁祸首是充电电压和保持电荷的电压。

使锂电池工作的化学物质自然会降低阳极，这就是我们上面提到的。但是，如果您对电池充电的电压超过3.9伏，或者存储电位差高于3.9伏的电荷，则同样的劣化发生在将电池寿命缩短一半的阴极（正极）上。充电电压和保持电压基本上是相同的，因为除了充电还会引入热量，您会激发电池的所有组件，而充电电压越高，充电电压越高。当电池被激励时施加的热量高于3.9伏特会加剧阴极的退化。

电池制造商没有秘密阴谋试图抓走我们;这都是化学。

换句话说，为现代手机供电并快速为其电池充电所需的电压意味着几乎不可能“修复”事情。任何使用电池驱动的钻机的人都会看到这一点。工具中使用的12或14伏电池持续时间与我们手机中的不同。它们以更高的电压存储和操作，以更高的电压充电并且更热，并且在几个充电周期后可能会受到明显影响。他们使用与手机相同的基本锂电池，因为使用我们在特斯拉S电池中看到的各种材料会使它们更昂贵，而且寿命也不会太长。谢天谢地，我们可以回收它们中的大部分材料，

好消息是所有制造锂电池的公司都在努力改善情况。谁能拿出持续时间更长的第一块电池，将会从中赚取很多钱。我们所能做的就是在需要充电时为我们的手机充电，并且知道电池制造商之间没有一些阴谋让我们更频繁地购买新产品。