瘾科学：锂离子电池
为什么用锂离子电池？
相较于其它种类的充电电池，锂离子电池有许多优点，这其中最重要的一个，就是它的能量密度。锂离子电池的电极一般是用锂化合物和石墨（纯碳）所构成，两者都是非常轻的材料，同时锂也是一个反应性非常强的元素，因此原子的键结中可以存放更多的能量。这两者相加，就意味着在现有的充电电池中，想拥有同样的蓄电量的话，锂离子电池是最轻的，适合手机、笔电、数字相机等随身物品使用。此外，锂离子没有记忆效应，也就是说锂离子电池不必先把电力放光才能再充电，而且蓄电量也不会太快减少，大约每个月减少 0.1% 的电力（算上保护回路的需求也才 5%，镍氢电池大约每个月减少 20%）。最后，它还可以历经数百次的充放电，依然生龙活虎。
但锂离子电池也有缺点。其中最主要的一个，就是它的总蓄电力（最大电量）会随着出厂时间增加而减少 -- 无论你用不用锂离子电池，出厂 2~3 年后电池的最大蓄电力都会大幅降低，甚至无法使用，因此「买了放着」是完全错误的做法。其次，锂离子电池很怕热，在高温的环境上最大蓄电量降低的效应会被加速，这部份后面会再补充。再者，锂离子电池也怕过放电，一但放电超过某个程度，电力可能会再也充不进去。当然，锂离子电池还有会爆炸的危险，这是大家都知道的。
为什么锂离子电池会爆炸？这要从它的化学性质谈起...锂离子电池的化学
小姜这里尽量不讲的太深入（其实是自已也不是完全懂 orz），但简单来说，锂离子电池和所有充电电池一样，都有一个正极材料和一个负极材料，在这里正极材料是通常是锂钴氧（LiCoO2），而负极材料则有很多种，最常见的石墨（碳）。充电时锂钴氧中的锂离子会游过中间的电解质，附着在负极上，而放电（上图）时则是相反，从负极的碳游回锂钴氧这一侧。
在一颗以石墨为负极的锂离子电池里，是用一层锂钴氧，一层装有电解质的分隔物、一层石墨为一组，一组一组的迭起来。在手机电池那种薄型电池中，里面就是这样一层一层迭起来的，而在笔电里则通常是把这一片片的材料卷成圆柱状，变成像 3 号电池那样的东西。在锂离子电池中，带有最大的危险的不是两个电极，而是中间的有机电解质溶剂，以易燃的醚类最多。当电池因为任何原因短路时，电池内能量会在短时间以热的形式释放出来，点燃这些做为溶剂的醚类，引发爆炸。
过放电时锂离子会和锂钴氧直接发生反应，产生氧化锂和氧化钴。这个反应是不可逆，所以过放电的锂离子电池就等于报销了。
锂离子电池很容易爆炸吗？
小姜在工研院得到的经验是：「怎么这么难爆啊！」在工研院，他们装了一台机器，用钻头刺穿平板状况的薄型电池，基本上必需要是新的、充饱电的电池才有最大的爆炸危险，只要是用过一段时间的电池，不仅最大电压会大为降低，而且里面使用的材料也会「钝化」，变得不那么容易反应。我们准备了一大堆旧电池准备要爆个过瘾，没有想到的是，不仅全部的旧电池都没爆掉，连全新的电池都不见得每颗都爆。这是不是说买二手的电池搞不好比较安全？XD
但是爆炸是一回事，我们从探针上的温度计还是看到了非常可怕的温度，电池短路后内部温度常常在 100 度以上，想必这么烫一块东西放在裤子口袋里还是不可能舒服的吧！
锂离子电池有什么安全措施？
为了避免锂离子电池过热，甚至爆炸，现代的锂离子电池内建了许多自我保护的机制。首先，每颗锂离子电池（或在笔电的例子中，整组电池组）都内建了一颗控制芯片，这颗控制芯片会监控电池的电压（电池组的话，会监控其中每个电池的个别电压）和温度，超出设定的范围，芯片就会自动断电。此外，每颗电池还会设计排气孔，让因高温产生的气体可以顺利地排掉，不至于累积产生爆炸。
这些保护措施对没有实体受到伤害的电池来说是足够了，但如果是被破坏（例如被穿刺）的锂电池怎么办？这就是工研院新研发的 STOBA 电池的强项了。STOBA 电池在电解液内加入了一种「奈米级的高分子材料」，当受热时，这种高分子材料会聚合成一种具有隔离效果的薄膜，阻止锂离子的流动，切断暴走的短路电池继续加热电池的可能。这种技术不仅阻止电池爆炸，也阻止了电池可能过热的危险，大部份我们看到的实验，温度都没超过摄氏 60 度 -- 还是会烫，但至少没有引燃周围可燃物的危险。
锂离子电池怎么保养？
第一个最重要的原则：不要买电池回来备用！之前说过了，不论你有没有在用它，出厂的锂电池蓄电量都会逐渐降低，因此买回来不用的电池真的就是浪费了。同理，购买新电池的时候也要特别注意它的出厂日期，如果出厂超过一年的电池，很有可能蓄电量只剩全新电池的一半！
另外两个影响蓄电量降低的因素，一是温度，二是电池充多饱。无论你做什么（或不做什么），锂电池的总蓄电量都是不断地在下降的，但高温和充到饱却会加速下降的速度。因此买一台不那么热情的笔电，不仅对生育能力有正面的帮助，对减缓电池的蓄电量的降低也是帮助很大的。另外，如果计算机有相关的设定的话，将电池充到八分饱能将蓄电量降低的速度减少为一半 -- 意即如果每次都将电池充到饱，一年之后本来可以跑 4 小时的计算机只能跑 2 小时的话，那每次都只将电池充到八分饱，一年之后计算机还可以跑 3 小时。小姜只知道 Panasonic 和 Thinkpad 有这样的设定，不知道还有没有其它厂牌有？
Reader Comments (Page 1 of 2)
Kiten @ Oct 30th 2009 7:20AM
锂电并不是移动设备动力源的最佳选择。
我怎么想到了Lithium Flower...
ruoyec @ Oct 30th 2009 4:26PM
是啊是啊 LITHIUM FLOWER！
Alucard.G @ Oct 30th 2009 7:27AM
因此买一台不那么热情的笔电，不仅对生育能力有正面的帮助......
亮点。。
howard @ Oct 30th 2009 7:45AM
sony也有啦，可选8分和5分呢
LI @ Oct 30th 2009 7:52AM
就是说MBP宣称的电池充电1000次，使用5年其实有点忽悠人了
疯哥 @ Oct 31st 2009 1:46AM
苹果哪次没忽悠人？iPhone还卖199美元呢。这个企业够酷，但不够诚信。
theneo @ Oct 30th 2009 7:53AM
学习了，比较喜欢瘾科学系列文章
Jacking @ Oct 30th 2009 8:22AM
其实我就很想知道一个问题：笔记本电脑插电源，电池拿出来好呢，还是不拿的好？区别有多大？
nzukun @ Oct 30th 2009 9:03AM
试想拿出电池后，意外碰掉电源线有多囧。
unbug @ Oct 30th 2009 8:58AM
话说智器v7价格出来了也不见这里有更新的..
nopo @ Oct 30th 2009 8:59PM
大预言：Bin会发布，然后结尾是：这个价格，你能接受么？
Eison @ Oct 30th 2009 9:18AM
Thinkpad都可以设定起始和终止充电电量，很方便啊~
plodder @ Oct 30th 2009 8:26PM
但是黑莓的锂电池，充满和充一夜的可使用时间差别还蛮大的，起码有12个小时。
过充换来的可使用时间延长，是不是加速了它的死亡。
UNO @ Nov 1st 2009 8:28PM
一般的充电器都有防止过充的保护电路吧，而充满也许未必真的充满
Zakk @ Oct 31st 2009 12:26AM
难得有篇好文章
Momo死亡 @ Oct 31st 2009 6:14AM
不错
powerme @ Oct 31st 2009 3:07AM
朕发言怎么不见了
clh2group @ Nov 1st 2009 6:52AM
因为是官话所以被删了
Dennis Wang @ Oct 31st 2009 7:03PM
视频太搞了
钻下去！
什么都没发生……
DJ.Death @ Oct 31st 2009 11:42PM
Good!我喜欢这篇文章~