冬天來了！如果你身在日本、美國、德國等北方國家，你可能會發現，手機的電量莫名其妙地降低，用沒多久就沒電，這個時候就會想「手機的電池是不是該換了？」；但當你把手機拿到室內「吹暖氣」，它馬上就恢復正常，電力也回來了。為什麼？
答案在電解液。
鋰電池充放電時，鋰離子會通過電解液
鋰電池由正極、負極、電解液、隔膜組成，正極是鈷酸鋰，負極是石墨。電池充放電時，會有外部電路的「外電流」與電池內部的「內電流」；外電流提供手機裝置電力，而內電流負責抵銷外電流造成的正負極電荷變化，以維持電池整體的電中性。鋰電池的內電流是這樣的：
「充電時，鋰離子從正極離開，進入負極的石墨層；放電時，鋰離子從負極釋出，回到正極的鈷酸鋰。」
在充放電的過程中，鋰離子皆必須通過「電解液」。以放電為例，鋰離子會先在石墨層中擴散，通過石墨與電解液的介面，再經過電解液，到達電解液與鈷酸鋰的邊界，最後通過邊界抵達鈷酸鋰，並在鈷酸鋰中擴散，才成功完成整個放電過程。
溫度降低提升電解液粘度，鋰離子移動因而受阻
而「電解液」就是導致手機在低溫下很快就沒電的原因。鋰電池的電解液溶劑是碳酸乙烯酯（Ethylene Carbonate）和碳酸二甲酯（Dimethyl Carbonate）的混合物，它們的熔點分別是：
碳酸乙烯酯：攝氏 34 到 37 度
碳酸二甲酯：攝氏 2 到 4 度
碳酸乙烯酯在室溫是固體的狀態，當氣溫低於 0 度以下，碳酸二甲酯也會變成固體。因此鋰電池在低溫環境下，電解液的粘度會增加。上文提到，鋰電池放電的時候，鋰離子必須通過電解液，若電解液的粘度增加，鋰離子的移動就會受到阻礙。
因此，電解液粘度增加導致了「內電阻」提升，降低電池的端電壓（電池輸出給外部電路的電壓。公式：端電壓 = 開路電壓 – 電流 x 內電阻）。鋰電池的電壓會隨著放電而下降，手機會透過檢測電池電壓，估算電池的剩餘電量。溫度降低，內電阻增加，電池的端電壓就會降低，讓手機「以為」電池快沒電了。
電池儲存的能量不變，但電壓與能量輸出下降
此外，內電阻增加會導致電池內部的能量消耗增加（電池內消耗能量 = 電流 x 內電阻），因此整體輸出的能量降低。在低溫下，電池釋出的電壓與能量都會降低。
但實際上電池儲存的能量不變，只不過溫度降低導致電解液粘度增加，降低了電池電壓和釋出能量。只要把電池放到室溫，它就會恢復正常。
在台灣，就算寒流來，溫度至少也會有 5 到 10 度，因此手機電量下降程度不明顯；但在中高緯度國家，電量下降就會很明顯，如果要把手機帶到低於攝氏 0 度的室外，可以放口袋保溫，確保電池正常運作。
參考資料來源：
1. 《中科院物理所》：〈手机电池在冬天为什么那么不耐用〉
2. 《RICHTEK》：〈Li-ion Battery and Gauge Introduction〉
3. 《Live Science》：〈Why Does Cold Weather Drain Your Phone Battery?〉
4. 《維基百科》：〈鋰離子電池〉
（本文提供合作夥伴轉載。首圖來源：pxfuel CC Licensed）
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