有一種冷,叫手機都被凍關機了!這可咋整?

2021-01-19 果殼

問題:手機真的會被「凍」關機麼?寒冷會對手機造成什麼傷害?



紅色荒漠 超聲波無損檢測員

極端的溫度,對電池的影響最大,因為電池充放電的本質是一種化學反應

對一般的手機設計來說,電池運行的最佳溫度在 0°C 至 35°C,過高的溫度(>35°C)可能永久損壞電池容量,而在非常寒冷的環境下(低於 0°C)使用手機時,則會使電池的使用時間降低,最終導致手機關閉,但當電池溫度返回正常適用範圍,其性能也會隨之恢復正常。

而更極端的環境溫度:<-20°C或> 45°C ,不但手機電池無法正常使用,而且影響電池的儲存壽命,導致其性能永久惡化。


所以對於手機,在非理想的工作環境下,真的會被「凍」關機,而且低端寒冷會對手機電池的壽命產生負面影響。

有興趣的朋友可以查查自己手機的工作環境,目前查到,我自己使用的某蘋果手機的工作環境溫度是0°C 至 35°C,而我爸使用的某國產手機的工作環境溫度是-15 至 55°C。



賣口張要做技術青年 化學學士,果殼實驗室成員

不考慮手機自身是否存在低溫保護功能,單就電池性能而言,溫度過低確實會導致電池放電困難,從而導致手機關機。

首先來看一下一般電池的放電特性:如下圖,多數電池隨著放電進行,電壓先緩慢下降,超過某一放電程度後,電壓會突降



化學電池放電曲線示意圖 圖片來源:power.21ic.com

一般把電壓比較平穩的那一段稱為「放電平臺」,對應的用電器設計電壓也會根據放電平臺的電壓來設計。比如標稱電壓為4.2V左右的鋰離子電池的放電至3.3V開始電壓突降,那麼對應的手機往往就得在3.3V以上供電電壓下才能正常開機。


包括鋰電池在內,所有的化學電池都是利用電化學反應提供電能。其輸出電壓會符合能斯特方程,根據這個方程可以推得——溫度越低電池電壓越低。

推導過程如下(太長可以不看):


能斯特方程

其中:任一電池中的電化學反應都可以寫成aA+bB==cC+dD的形式。

方程中,E表示某溫度下實際電壓,E*表示這個電池標準狀況下的電壓,R,n,F均為正常數,T為熱力學溫度(單位:K,數值恆為正)。

整個這一塊稱為這個電池反應的濃度冪,一般記為Q。只要電池處於放電狀態,就說明這個反應還在向右進行,那麼Q<1。

所以lnQ<0,

-RTlnQ/nF>0,

所以T越小,-RTlnQ/nF越小,則E*-RTlnQ/nF越小,也就是E在低溫時比正常溫度要小。

所以不同溫度下電池放電曲線會下面這樣



不同溫度下鋰電池放電曲線示意圖 圖片來源:www.atchip.com

其實電池充好了電,但是低溫下提供不了那麼高的電壓,隨著放電進行再降一降,就很快低於手機要求的最低電壓了,於是你就看到手機自動關機。

此外,低溫下電池電解液黏度增大也會阻礙載流離子遷移,這會導致電池內阻變大、路端電壓降低。也是導致手機低溫下自動關機的部分原因。


相信大家比較關心這個問題。

就電池反應本身而言,它只隨溫度降低而電壓下降,只要溫度回升電壓就會恢復,這種類型的影響是可逆的

但是,在更低的溫度下,電池中的電解液有可能析出晶體,這些晶體析出後不一定能在回暖後完全溶解回去(充放電次數過多導致的電池容量下降也和晶體析出有關)。如前面答主@紅色荒漠 所說,「更極端的情況」可能導致電池永久惡化。

當然,鋰電池根據電極材料和電解液成分劃分有很多種型號,每種型號的抗低溫能力不一定相同,設計工作溫度也會受設備中電池保溫/散熱性能影響。比如蘋果手機等設備推薦使用溫度在0~35℃,而MacBook則為10~35℃。據我了解,還有其他很多廠商的手機推薦工作溫度則更寬泛一些。這些都可能和他們使用的電池型號不同有關。


蘋果不同設備推薦使用溫度 資料來源:蘋果(中國)官網

核心還是儘量維持電池溫度在工作溫度範圍內

要解決根本問題還是長時間把手機窩在溫暖的口袋裡。有人問過加棉或者絨的保暖套管不管用——這些保暖裝備的根本原理都只是儘量隔熱,減緩手機溫度降低,最終還是能降到自動關機的程度。如果你大冷天地長期拿出手機玩ingress之類,用保溫套不見得過半小時還管用。


電池和人一樣,天太冷就會凍成傻X。不同在於電池的傻X真的是被凍的——人家回溫之後很快就不傻X了。





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