低温对于锂电池有什么影响？兼谈锂电池的日常养护

最近苹果的降速门事件引起了很大的风波。它的最开始起因：低温下iPhone忽然关机的问题，让很多朋友不解：电池发热会保护，怎么冷了也不行呢？实际上，锂（离子）电池在低温下不仅仅给苹果造成了麻烦，曾经三星的手机也因为低温下充不进去电而被诟病。我老婆的老iPad，在这个冬天充电达到满充后会忽然断电，插入充电器也无法开机，只有在暖气上烤上一阵后才会恢复工作，被我女儿誉为最”贵气“的电子设备。

本文就重点讨论下温度，尤其是低温对锂电池的影响，并对锂电池使用的误区做一些厘清。本文不科普电池的基本原理和发展历史，有兴趣的请Google，那里头有很多有趣的故事。我们先来看一组概念。

能量密度

锂电池容量的单位一般为“mAh”（毫安时）或“Ah”（安时），在使用时又有额定容量和实际容量的区别。能量密度，指的是单位体积或单位重量的电池，能够存储和释放的电量，其单位有两种：Wh/kg，Wh/L，分别代表重量比能量和体积比能量。在应用的时候，能量密度这个指标比容量更具有指标意义。容量不够，做大一点即可，而能量密度的提高则需要技术的进步。

锂电池的发展在经历一个快速期后，近些年进入一个缓慢增长期。例如三星每年平均提高6.5%的能量密度，远远落后于半导体产业的摩尔定律：

锂离子电池能量密度很大，而手机的电池又是里面能量密度最大的类型Li-Cobalt：

锂电池的使用条件

如此高能量密度的锂电池，它的使用要非常小心。稍有不慎，轻则影响寿命，重则可能爆炸起火，例如三星的电池门。在所有的使用条件中，电压和温度是两个最重要的相关条件，如下图：

横轴是电压，纵轴是温度，可以看到在这个象限中，大片标明了各种可怕后果的红色不宜警告中，只有中间短短一小块安全区域。它才是锂电池的舒适区，脱离它都会造成风险：

• 高电压和低电压：

锂离子电池的电压，有开路电压和工作电压，这里不再细述。开路电压通常被定义为3.7V，但是全新的电池充饱后，能够达到4.2V；锂电池在达到3.4V后就可以说没电了，实际上3.0V才真正被称作完全没电。锂电池的放点曲线图：

高于4.2V和低于3.4V都会对锂电池寿命产生影响。高于4.2V被称为过充，会对电池寿命产生不可逆影响，严重的会造成thermal runaway（热失控），可能引起涨泡、漏液、起火爆炸等。

锂离子电池的寿命分为循环寿命和日历寿命两个参数。日历寿命运算复杂和应用场景关联紧密，故一般使用循环寿命（Cycle Life)，以次数为单位，表征电池可以循环充放电的次数。现在一般的电池循环寿命是数百次不等。国标300次。

低于2.0V被成为过放，会严重影响电池寿命。

• 高低温度：

高温和低温都会影响电池寿命，如图：

低温造成电池单元Cell电解液凝滞内阻降低，并可能在阴极形成锂凝结，不可逆的影响电池寿命。高温则可能引发爆炸等thermal runaway。十分危险。

低温造成的影响

低温会让充电困难和危险，故充电需要遵照JEITA：

同时低温下放电十分迅速：

锂电池的保护

所有的锂电池都带有自我保护电路。一个最简单的保护电路至少需要包含以下这些要素：

Protection IC: 带有双向充电和放电保护，在过充或者过放时断开电路，以策安全。

Fuse: 在紧急时刻熔断电流，是最后一道保险。

结论

低温下使用锂电池，无论充电或者放电都性能不佳，而且有可能对寿命造成影响，还是应该避免。下面是一些锂电池使用中的大众说法，我们来一一鉴别一下：

1. 第一次使用要满充满放三次，已激活锂电池。错误，锂电池没有记忆效应，不需要激活。

2. 最好用完光再充电。错误，循环寿命并不是庸俗的充电次数，而是一次整体Cycle，即将电池电量用光然后再充满的过程，而不是插上充电器再拔掉就算1次。可以随用随充。如果用光再冲，放置过久还可能导致过放，影响电池寿命。

3. 不要一直充电，冲好了就拔下来。小部分正确，大部分错误。一般的手机在充电时并不是简单的恒定电压充电，而是为了延长电池寿命，有优化的充电算法，包括CC， CV和MC等等。在判断冲饱后并不会一直不停地冲，完全不用担心，可以一直插着电源用。部分山寨和低价设备由于缺少充电管理设备，建议充好即止。

4. 闲置手机要及时充电。正确。锂电池放置不用，电力也会悄悄流逝，在低于2.0V后会过放，严重影响电池寿命。最好定时充电。