电池跟人一样，有一定的寿命，随着时间的推移和使用次数的增加，其容量会衰减，内阻会增大。整体而言，电池作为电化学储能装置，使用时间和次数会影响电极材料的活性，充放电过程中副反应会逐渐累计，最终造成不可逆的衰减。

以锂离子电池为例做说明。锂离子电池由正极、负极、隔膜、电解液、以及壳体等辅助材料组成。如图1所示，锂离子电池是通过Li+往返穿梭于正负极之间完成能量的存储和释放。正负极材料中有嵌锂位，放电时Li+从负极材料中脱出通过电解液穿透隔膜进入正极中的嵌锂位；充电时Li+则从正极中脱出通过电解液穿透隔膜嵌入负极中。电解液是传质的载体，而隔膜则将正负极上的氧化和还原反应隔离开来，迫使电子从外电路回路通过，从而产生电能。

如上题回答所述，锂离子电池的正负极有嵌锂位，其嵌锂位（或活性位）的多少，决定了电池的容量大小。另外，大家要注意区分容量（电荷量，常用单位为C，Ah，mAh）和能量（常用单位为J， Wh，KWh）。如同汽车油箱中的油，容量代表油箱中油的量，而能量则代表油箱中油的燃烧能量。为了适应于大家的平时习惯，手机上平时显示的电量为容量而非能量。

言归正传，自然界中有部分物质具有脱嵌锂的能量，对于锂离子电池的活性材料，主要考察两个方面：

前者影响容量Q的大小，后者则影响电压U的大小。如下图3所示，正负极材料都有脱嵌锂功能，但正极材料比负极材料有更高的电极电位，这样可以与负极之间形成电势差（图4所示正负极电势差即为电池的输出端电压）。因此，理想的正极材料应该位于右上角，而理想的负极材料应位于右下角，以便形成最大的容量和电势差。

提问ID：思不思

如问题2中所述，电池续航或能量密度的提升可以从两个方面着手：提高电极材料的容量和提高电池电压（加大正负极材料之间的压差）。

在当前的电池技术水平下，通常有以下手段来提高电池续航或能量密度：

 1. 正极材料使用高镍材料或富锂材料，提高正极材料的容量，但牺牲了热稳定性；

 2. 正极材料使用单晶材料，提高正极材料的电极电势，比如宁德时代NCM523使用单晶材料的电池电压范围从

    2.8V-4.2V 提高到了2.8V-4.35V；

 3. 负极材料参杂硅基材料以形成硅碳材料以提升容量，参的硅一般为SiO或Si，量为3-10%。

 4. 就小米的新技术而言，应该是对负极材料做了改进，使用了硅碳材料，提高了负极材料的容量，从而提升了

    整个电池的容量及能量密度，所以提高了续航。

电池老化可以分为日历老化和循环老化两种，日历老化是指电池不进行充放电只是放置在那里也会老化，而循环老化则是指电池因充放电而造成的老化。日历老化与温度T、存放SOC、存放时间t呈正相关关系；循环老化与温度T、充放电倍率C（电流大小）、容量吞吐量（累积充放电荷量）、放电深度DOD正相关。

举例来说，电池不用的时候，高温、高电量、放的时间越长电池老化越多。电池充放电时，高温、快充、充电次数越多，充放电深度越大电池老化越快。其中特别需要说明的时，DOD对电池老化有比较明显的影响，即如果充放同样的电荷量，荷电状态SOC在30-70%之间要比60%-100%之间老化的慢。

总的来说，电池的保养要诀有：

 1. 平时不用时，荷电状态保持在30%-50%，低温存放。过段时间检查一下电池状态，或给电池补少许电，防止电池过放（电池过放不可逆，会造成永久损伤，表现为电池胀气、鼓包、充不进去电等）。

 2. 平时充放电时，最好浅充浅放。如果可以的话，不要把电池充的太满，也不要把电池放电放的太空。如果要充满来达到最长续航的话，尽量越晚把电池充满越好。现在很多手机都有行为习惯学习功能。当你晚上充电时，手机会学习你的使用习惯。因此，在确保不影响使用的情况下，尽可能晚的把手机充满，就是这个原因。电动汽车也有类似功能，比如特斯拉的电动车可以让用户设置充电SOC上限，比如，我会把车的充电上限SOC设置为80%。这样既不影响平时的市内短距离通勤，又可以有效降低电池老化。这个方法，我还是很愿意安利大家的。

提问ID：Cpf丨Wuhu 

如问题1和2所述，从能量角度而言，电池能量为E=Q*U。锂离子电池有最高的电压，而铅酸、镍铬、镍氢等电池相比而言电压比较低，相同质量或体积的情况下，锂离子电池有其他电池2-4倍的能量，续航更好。

另外，在2010年之前，手机电池也曾大量使用镍氢电池，镍氢电池除了能量密度没有锂离子电池好之外，还有记忆效应、自放电高等缺点。记忆效应，指的是电池会记住前几次充电的容量，若前几次充电没有完全充满激活电池的话，电池容量会大幅缩水。这也是为什么当年买手机时，电池前三次充电要充10个小时以上使电池完全充满的原因。现阶段的锂离子电池则没有这个问题。

另外，手机使用的锂离子电池中电解液是凝胶态或半固态，不像电动车中使用的电池为液态电解液，其安全性大大增加。因此手机电池也被大家通常称之为聚合物锂电池。

人类在能源和储能工具上一直在做着不懈的努力，从钻木取火、到煤炭石油的使用、到电力的使用，承载了人类文明进程和智慧结晶。但任何事物的发展都是遵循客观规律的，尤其是大规模工业化或商业化应用的产品，需要考虑性能、成本、技术复杂度、配套设施、环境友好性等多个方面。

如图5所示，从1800年伏打电堆(Voltaic Pile)被发明以来，电池技术经过了多次迭代更新。1991年锂离子电池商业化应用对人们的生活方式尤其是3C消费类电子产品的影响是巨大的，而锂离子电池的技术经过了1959-1991年30多年的不断演化和优化才得以最终应用。

图5. 电池技术发展史

也就是说，每次电池化学体系的彻底变革，都需要各个领域技术长期的积累，包括但不限于材料、化学、工业、机械、电子等学科。现阶段，新型的具有更高能量密度的电池在实验室被研发出来，部分在有限区域内得到了应用，比如锂硫电池、锂空电池等。但受限于寿命、成本等因素，还无法完全取代现有的锂离子电池。顺带说一句，铅酸电池诞生于1859年，在160年后的今天仍然在大量使用。

其实，即使是锂离子电池，在最近这些年里的能量密度也得到了很大的提高，但现在智能手机的功能越来越多，能耗也越来越高，导致能量密度的提升与越发挑战的能量需求抵消，所以现在的手机仍然要一天一充。但其他的技术如快充技术已经很大程度上缓解了充电焦虑。

总之，技术是螺旋式上升的，需要不断完善并作出取舍，在遵循客观规律的情况下不断进步。这里，要特别提出锂离子电池领域的开拓者Goodenough老先生，对于锂离子电池的发展有至关重要的作用，也是个很传奇的人物，大家有兴趣的可以查阅一下老先生的事迹。

图6. 正极材料的的晶体结构，最右侧为磷酸铁锂，属于橄榄石型

另外，如图7所示，磷酸铁锂的有一个非常长的电压平台，即在很大的SOC范围内其电压基本没有变化，这对BMS (Battery Management System，电池管理系统）计算电池的荷电状态SOC而言带来了很大挑战，尤其在低温下，计算误差会偏大，为预留足够安全裕度，低温下可用SOC范围受到了限制。

图7. 常见正、负极材料的电极电势曲线（vs Li/Li+ [V]）