主题:【第十四届原创】你的手机为什么电量总是不足?

浏览 |回复3 电梯直达
RBLEGEND
结帖率:
100%
关注:0 |粉丝:0
新手级: 新兵
维权声明:本文为v3031903原创作品,本作者与仪器信息网是该作品合法使用者,该作品暂不对外授权转载。其他任何网站、组织、单位或个人等将该作品在本站以外的任何媒体任何形式出现均属侵权违法行为,我们将追究法律责任。

你的手机为什么电量总是不足?


应本版版主要求,删除未说明来源图片




随着科技的日益发达,人们生活的方方面面也都发生了巨大变化,一些很复杂的事情变得很简单,都不需要出门,比如到了饭点,对着手机点个外卖就可以解决了,可以说网络无所不能。截止2021年3月,全国手机用户数量15.95969亿超过全国第七次普查14.1178亿的人口总数了,这意味着,很多人不止一部手机,大部分人早上起床的第一件事情,就是查看手机。手机对于我们每个人来说都是必不可少的一部分,那么手机发展到今天,为什么还有那么多人有电量焦虑呢?

根据来自网络的科普,手机电量不够的原因如下:1.戴手机壳,导致手机散热慢,2.系统不断更新导致的耗电量增加,3.充电器乱用充进去的电是虚电,4.屏幕亮度过高,5.GPS不断定位增加耗电量。以上原因属于电量不足的表面因素,其内部因素还是目前电池技术无法与手机发展速度同步。

目前手机使用的电池大部分为锂电池,更具体一点,属于聚合物锂离子电池,这其中用于手机的电池一般是采用钴酸锂作为正极材料,人造石墨作为负极材料,通过电解液作为锂离子的载体,使用隔膜作为绝缘材料隔绝正负极。针对这种电池,做一个详细的性能分析,用来解答你的手机为什么电量总是不足。

第一、锂电池是如何完成充电和放电的

[img]" style="max-width: 100%;max-height: 100%;[/img]

充电:锂离子从正极脱出,穿过电解液和隔膜嵌入负极;

放电:锂离子从负极脱出,穿过电解液和隔膜嵌入正极

锂电池充放电过程中的反应方程

LiCoO2 ? Li1-xCoO2+x Li ++xe-

C+xLi++xe-?LixC

图片来源与宁德时代发布会,比较直观的展现了微观状态下锂(钠)离子的迁移过程

锂电池充放电的过程本质:锂离子在正负极之间不断移动,产生电流;微观上看,充电过程是锂离子从正极钴酸锂的晶格中转移到负极石墨的层间,达到电化学储能的目的,放点过程是锂离子从石墨层间转移到钴酸锂的晶格中。在这个转移的过程中,除了产生化学能,还会伴随着产生热量,电流波动等多种化学和物理现象,本文后续主要涉及产生的热量。至此,锂电池是如何完成充电和放电问题已经有了初步的答案。

第二、手机电池能装多少电

2021年第一季度,国内手机市场总体出货量累计 9797.3 万部,国产手机占比88.5%,目前国产手机主流电池在5000mAh左右,那么,5000mAh的电量是多少?

mAh:电池容量的计量单位,实际就是电池中可以释放为外部使用的电子的总数。折合物理上的标准的单位就是大家熟悉的库仑。库仑的国际标准单位为电流乘以时间的安培秒:

1mAh=0.001A×3600s=3.6As=3.6库仑

5000 mAh=18000库伦

如果物理不够优秀,对库伦没有概念,那下面一个通俗的解释应该可以理解比如一5000mAh的电池可以提供500mA恒流的持续10小时的供电能力。一般情况下,手机正常使用的电流在500mA-1000 mA重度使用的过程中峰值电流可以达到数千mA这也就可以解释看小说可以用很久,因为这个过程中手机电路处于轻负荷状态,电流娇小,而打游戏,刷视频,视频通话等使用场景,手机电路处于多系统协作状态,电流变大,同时伴随着发热,手机温度上升。而温度是影响锂电池的一个很重要的因素。

第三、手机边充电边使用为什么会很烫,对电池寿命有何影响?

主板是手机发热大户,主板上集成了CPUGPU,存储芯片,电源管理芯片MOS等,其中CPU是一个高度集成的SOC芯片它里面不单单集成了CPU中央芯片和GPU图形处理芯片还有蓝GPS、射频等一系列关键芯片模块是智能手机芯片中集成度最高的芯片各个模块在高速运作时都会散热出大量热量,手机在使用过程中各个模块都会使手机温度上升,此时散热设计良好的手机尚可保持手机的散热效果,此时再进行手机充电,充电过程中电源回路在运转时有电阻在工作电阻和电流互相博弈发热肯定是必然的而且主要集中在电池和内部主板上,而电池本身在充放电过程中电能转变为化学能,因为电池内部电阻的存在,在转换的过程中就会伴随产生焦耳热等热量来源,从而是手机温度进一步升高所以当手机充电时,电池本身就会发热,此时,如果你去玩游戏,手机的CPU、存储器、屏幕等部件所散发的热量将与电池本身的热量叠加起来,从而导致有了更高的温度,电池本身是很怕发热,长期在高温环境下充电也会会影响电池的寿命。  


从上图中可以看出,在25度温度下循环,电池可以使用约5000次,在55度下使用,电池可以使用约500次。

在环境温度不高的冬天手机充电可能很少导致手机发烫严重但是到了炎热的夏天由于环境温度升高加之充电时内部充电产生的发热由于内部温度与环境温度相差不够大导致散热效率降低自然就会导致手机发烫。

而在高温下,电池负极表面会生成比较厚的SEI膜,降低电池容量,同时会伴随电解液的分解,以及电解液与负极的反应产生的气体,导致电池鼓胀,从而降低电池使用寿命。

第四、晚上一直插充电器充电对电池寿命的影响

电池在一定温度下以恒流恒压模式持续充电叫做浮充,对于目前消费类领域主流使用的高电压体系电池(4.35 ~ 4.45 V)来说,在高温条件下持续浮充,容易发生鼓胀、漏液甚至安全问题。下面是专门针对长时间浮充前后,从宏观和微观角度对电池各组成做了详细的对比。





浮充前后电池阻抗对比,明显可以发现,浮充后电池阻抗变大,这是由于浮充后电池由于长期不间断的充电导致副反应发生,SEI 破坏沉积物增多,从而导致阻抗增大。阻抗增大以后,充电速度变慢,并且会增大放热量,对电池寿命造成不可逆的伤害,且会陷入恶性循环。






隔膜透气度对比,浮充后隔膜透气度变差,这表明在浮充过程中,负极上发生的副反应比较多,产生的沉积物积累越来越多,并生长堵塞到隔膜孔隙内。浮充前后隔膜通气度也再次证明了这一点,新鲜隔膜的透气性达103.7s/100c c 浮充后隔膜透气性明显变差(4 9 6 .6 s/1 00c c ) 隔膜透气性的变差会引起锂离子在充放电过程中,锂离子通过隔膜的难度增加,这与阻抗变大相呼应,同样对电池造成不可逆的损害。


浮充前后的扫描电子显微镜图像可以明显看出,浮充前后的正极和负极SEM照片能明显看到正极和负极界面发生了明显变化,CEI/S E I膜变厚且粗糙,也进一步说明了表面发生了大量的副反应。消耗了大量的活性锂离子,伴随着活性锂离子的减少,进一步引起电池容量的下降。

综上,长时间的浮充会对电池内部造成不可逆的损害,在使用过程会有电池会发热严重,容量下降等不良后果。

第五、使用快充会影响电池寿命吗?

随着智能时代到来,智能手机已在人们的日常生活中有着不可或缺的地位,但是智能手机存在耗电量大,充电时间 较长的缺陷,且电池都是锂电池,电池不断充放电会减少电池的使用寿命,因此电池的续航能力就成为巨大挑战,如何实 现电池的快速充电是迫不及待的解决方法。

对于快速充电来说,目前采用较多的三种方式分别为高电压恒定电流模式、低电压高电流模式以及高电压高电流模式。一是高电压恒定电流模式,其主要采用的充电过程为将20V 电压降到实际的 5V 充电器电压,然后再将 5V 充电器 电压降至4.2V 电池电压。这样增加电压的方式会使得充电器和手机发热量大幅度增加,并且这种大功耗会对电池造成 严重损害。二是低电压高电流模式,其主要基于一定电压条件下适当增加电流,并采用并联电路实施分流。这样保证恒定电压下,各个并联分流电路实际压力相对较小。三是高电压高电流模式,其主要同时增加电流以及电压,这样使得整 体充电功率大幅度提升但同时产生大量热能,因此其实际耗能较大。

快充实际上是一种倍率充电,通常用C来表示,1C代表电池充满电需要1h,充电电流等于电池的额定容量的数值,如额定电压4.2V,容量5000mAh的电池使用1C进行充电,就表示充电电压为4.2V,充电电流为5000mA,从而可以得出电池从放空状态到充满电的时间为5000mAh/5000mA =1h,如果使用1C进行充电,就表示充电电压为4.2V,充电电流为5000mA*2=10000mA,从而可以得出电池从放空状态到充满电的时间为5000mAh/10000mA =0.5h而不同倍率的充电,对电池寿命也有着比较大的影响,具体见下图


使用0.5C充电的电池,可以使用约8000次,使用1C充电,可以使用约5000次,使用2C充电,可以使用约2000次,此款电池并非手机所用电池,但是手机电池也遵循同样的规律。2h充满的正常充电要比0.5h充满的快充电池寿命延长约4倍,如果你经常使用充电5分钟,通话两小时的模式进行使用手机,手机电池的寿命将降低4倍,按照目前普遍电池寿命循环1000次计算,经常使用快充,可以降低至约250次,按照每天2充的节奏,经常快充的电池将在半年内容量衰减至额定容量的80%以下,电池在后续的使用过程中会更加的发热。

第六、有没有更高容量的电池?

按照目前锂电池的发展路径来看,钴酸锂电池的理论容量与实际容量已经达到接近的状态,通过提高平台电压,更换负极材料等手段,提高电池容量

手机电池的理想形态是小体积、大容量、高能量密度、轻薄型,而作为手机主流电池的锂电池也许会被石墨烯电池和超级电池等代替,但是按照目前的技术积累,还需要数十年的发展,才会有更加先进的电池投入到使用中,如全固态电池等。

第七、总结

目前没办法通过提高容量的办法解决电量不足的问题,我们只能在使用过程中进行改善,延长手机电池的使用寿命,如避免边充电,边玩游戏,或打电话;尽量关闭手机后台程序,减少手机负担,从而降低发热;避免使用散热不良的手机保护壳或在发烫时去掉;手机如果已经发烫,建议清理一下内存,关闭不使用后台程序,或者直接先关机,让手机休息一会,手机不烫手,再开机;夏季室内环境温度很高时,尽量将手机放置在有空调或者有风扇的地方,让发烫的手机也凉一会吧。



应本版版主要求,删除未说明来源图片

应本版版主要求,删除未说明来源图片应本版版主要求,删除未说明来源图片应本版版主要求,删除未说明来源图片应本版版主要求,删除未说明来源图片应本版版主要求,删除未说明来源图片应本版版主要求,删除未说明来源图片应本版版主要求,删除未说明来源图片应本版版主要求,删除未说明来源图片应本版版主要求,删除未说明来源图片应本版版主要求,删除未说明来源图片应本版版主要求,删除未说明来源图片应本版版主要求,删除未说明来源图片

推荐帖
Last edit by v3237657 举报
为您推荐
刘彦刚
结帖率:
100%
关注:0 |粉丝:0
新手级: 新兵
RBLEGEND
结帖率:
100%
关注:0 |粉丝:0
新手级: 新兵
原文由 刘彦刚(pxsjlslyg) 发表:
为原创加油!
凑个热闹,加点人气而已
WUYUWUQIU
结帖率:
100%
关注:0 |粉丝:0
新手级: 新兵