相信大多人都听过锂电池法则30-80% 可保电池安康,不只你手上的手机、电脑里面的锂电池,连电动车也大多遵守这30-80% 充放最快也最健康的 法则,不然就会伤害到电池。 可是你知道背后的科学原理到底是什么吗?

要知道这点就得先科普一下锂电池的运作原理。 根据《科学发展》2019 年5 月第557 期说明,锂离子电池主要由正极、负极、电解液及隔离膜四大部分所组成;正极是含锂金属的过渡金属氧化物,负极主要是碳材料 ,电解液由锂盐及有机碳酸酯溶剂所组成,隔离膜主要避免正负极接触并可使锂离子通过。

锂离子电池于充电时,正极材料的锂离子脱离,藉由电解液传递至负极材料,锂离子可嵌入于负极材料的碳层中储存。 放电时锂离子则会由负极脱嵌,经由电解液的传递嵌入正极材料内,而可回到正极的锂离子比率越高则代表电池的稳定性及寿命较高。

关键在于锂电池隔离膜
再简略地说,锂电池充放电的原理就是让锂离子在正负极之间游来游去,而锂电池为什么非得遵守「30-80% 法则」,其实跟锂电池的隔离膜最有关!

前面说到,锂电池正极、负极之间里有电解液是属于液态,但如果正极、负极之间没有隔离起来控制好「锂离子流速」,电池因为瞬间产生非常大的电流,形成短路,再 依循焦耳定律产生高温,所以锂电池才要有隔离膜隔开来。

而锂电池的电量如果低于30% 时,或高于80%,电池此时进行充、放电所产生的「内部压力」(专用物理名词则是应力,有机械、热、电三种)都会比 平常还大,这个内部压力一旦太大没控制好,就可能造成隔离膜毁损,让正极、负极之间不同的电解质连结形成短路。 这也是我们常听到电量高于 80%,充电就要改成「涓流」充电来防止电池内部的应力过大。 2016 年之所以常听到三星 Galaxy Note 7 手机爆炸灾情,也是因为其中一家电池供应商组装时容易让锂电池变形,让隔离膜无法充分阻隔正负极所造成的。

 

 

参考来源: https://www.inside.com.tw/article/32578-The-scientific-principle-of-lithium-battery-explosion