1.1鋰離子電池簡(jiǎn)介

1.1.1鋰離子電池(Li-ionBatteries)是鋰電池發(fā)展而來(lái)。在介紹Li-ion之前，應(yīng)先介紹鋰電池。舉例來(lái)講，以前照相機(jī)里用的扣式電池就屬于鋰電池。鋰電池的正極材料是二氧化錳或亞硫酰氯，負(fù)極是鋰。電池組裝完成后電池即有電壓,不需充電.這種電池也可能充電,但循環(huán)性能不好,在充放電循環(huán)過(guò)程中,容易形成鋰枝晶,造成電池內(nèi)部短路,所以一般情況下這種電池是禁止充電的。

1.1.2后來(lái)，日本索尼公司發(fā)明了以炭材料為負(fù)極，以含鋰的化合物作正極，在充放電過(guò)程中，沒(méi)有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池。當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí)，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過(guò)電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，達(dá)到負(fù)極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。同樣，當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行放電時(shí)(即我們使用電池的過(guò)程)，嵌在負(fù)極碳層中的鋰離子脫出，又運(yùn)動(dòng)回正極。回正極的鋰離子越多，放電容量越高。

1.1.3我們通常所說(shuō)的電池容量指的就是放電容量。在Li-ion的充放電過(guò)程中，鋰離子處于從正極→負(fù)極→正極的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。Li-ionBatteries就像一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子就象運(yùn)動(dòng)員一樣在搖椅來(lái)回奔跑。所以Li-ionBatteries又叫搖椅式電池。

2/18

1.2.鋰離子電池的組成

1.2.1鋼殼/鋁殼系列：

(1)電池上下蓋

(2)正極——活性物質(zhì)一般為氧化鋰鈷

(3)隔膜——一種特殊的復(fù)合膜

(4)負(fù)極——活性物質(zhì)為碳

(5)有機(jī)電解液

(6)電池殼(分為鋼殼和鋁殼兩種)

1.2.2軟包裝系列

(1)正極——活性物質(zhì)一般為氧化鋰鈷

(2)隔膜——PP或者PE復(fù)合膜

(3)負(fù)極——活性物質(zhì)為碳

(4)有機(jī)電解液

(5)電池殼——鋁塑復(fù)合膜

3/18

1.3.鋰離子電池原理

1.3.1鋰系電池分為鋰電池和鋰離子電池。目前手機(jī)和筆記本電腦使用的都是鋰離子電池，通常人們俗稱其為鋰電池。手機(jī)等PDA產(chǎn)品使用的是鋰離子電池，而真正的鋰電池由于危險(xiǎn)性大，沒(méi)有應(yīng)用于日常電子產(chǎn)品。鋰離子電池以碳素材料為負(fù)極，以含鋰的化合物作正極，沒(méi)有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池。鋰離子電池是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料電池的總稱。鋰離子電池的充放電過(guò)程，就是鋰離子的嵌入和脫嵌過(guò)程。在鋰離子的嵌入和脫嵌過(guò)程中，同時(shí)伴隨著與鋰離子等當(dāng)量電子的嵌入和脫嵌(習(xí)慣上正極用嵌入或脫嵌表示，而負(fù)極用插入或脫插表示)。在充放電過(guò)程中，鋰離子在正、負(fù)極之間往返嵌入/脫嵌和插入/脫插，被形象地稱為“搖椅電池”。

1.3.2鋰離子電池能量密度大，平均輸出電壓高。自放電小，每月在10%以下。沒(méi)有記憶效應(yīng)。工作溫度范圍寬為-20℃～60℃。循環(huán)性能優(yōu)越、可快速充放電、充電效率高達(dá)100%，而且輸出功率大。使用壽命長(zhǎng)。沒(méi)有環(huán)境污染，被稱為綠色電池。

1.3.3充電是電池重復(fù)使用的重要步驟，鋰離子電池的充電過(guò)程分為兩個(gè)階段：恒流快充階段(指示燈呈紅色或黃色)和恒壓電流遞減階段(指示燈呈綠色)。恒流快充階段，電池電壓逐步升高到電池的標(biāo)準(zhǔn)電壓，隨后在控制芯片下轉(zhuǎn)入恒壓階段，電壓不再升高以確保不會(huì)過(guò)充，電流則隨著電池電量的上升逐步減弱到0，而最終完成充電。電量統(tǒng)計(jì)芯片通過(guò)記錄放電曲線可以抽樣計(jì)算出電池的電量。鋰離子電池在多次使用后，放電曲線會(huì)發(fā)生改變，鋰離子電池雖然不存在記憶效應(yīng)，但是充電不當(dāng)會(huì)嚴(yán)重影響電池性能。

鋰離子電池過(guò)度充放電會(huì)對(duì)正負(fù)極造成永久性損壞。過(guò)度放電導(dǎo)致負(fù)極碳片層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塌陷，而塌陷會(huì)造成充電過(guò)程中鋰離子無(wú)法插入;過(guò)度充電使過(guò)多的鋰離子嵌入負(fù)極碳結(jié)構(gòu)，而造成其中部分鋰離子再也無(wú)法釋放出。

1.3.4充電量等于充電電流乘以充電時(shí)間，在充電控制電壓一定的情況下，充電電流越大(充電速度越快)，充電電量越小。電池充電速度過(guò)快和終止電壓控制點(diǎn)不當(dāng)，同樣會(huì)造成電池容量不足，實(shí)際是電池的部分電極活性物質(zhì)沒(méi)有得到充分反應(yīng)就停止充電，這種充電不足的現(xiàn)象隨著循環(huán)次數(shù)的增加而加劇。

4/18

1.4.鋰離子電池的種類

1.4.1不可充電的鋰電池有多種，目前常用的有鋰-二氧化錳電池、鋰—亞硫酰氯電池及鋰和其它化合物電池。

1)鋰-二氧化錳電池(LiMnO2)

鋰-二氧化錳電池是一種以鋰為陽(yáng)極、以二氧化錳為陰極，并采用有機(jī)電解液的一次性電池。該電池的主要特點(diǎn)是電池電壓高，額定電壓為3V(是一般堿性電池的2倍);終止放電電壓為2V;比能量大(見(jiàn)上面舉的例子);放電電壓穩(wěn)定可靠;有較好的儲(chǔ)存性能(儲(chǔ)存時(shí)間3年以上)、自放電率低(年自放電率≤2%);工作溫度范圍-20℃～+60℃。該電池可以做成不同的外形以滿足不同要求，它有長(zhǎng)方形、圓柱形及紐扣形(扣式)。

2)可充電鋰離子電池

可充電鋰離子電池是目前手機(jī)中應(yīng)用最廣泛的電池，但它較為“嬌氣”，在使用中不可過(guò)充、過(guò)放(會(huì)損壞電池或使之報(bào)廢)。因此，在電池上有保護(hù)元器件或保護(hù)電路以防止昂貴的電池?fù)p壞。鋰離子電池充電要求很高，要保證終止電壓精度在1%之內(nèi)，目前各大半導(dǎo)體器件廠已開(kāi)發(fā)出多種鋰離子電池充電的IC，以保證安全、可靠、快速地充電。

1.4.2根據(jù)鋰離子電池所用電解質(zhì)材料不同，鋰離子電池可以分為液態(tài)鋰離子電池(lithiumionbattery,簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)IB)和聚合物鋰離子電池(polymerlithiumionbattery,簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)IP)兩大類。聚合物鋰離子電池所用的正負(fù)極材料與液態(tài)鋰離子都是相同的，電池的工作原理也基本一致。它們的主要區(qū)別在于電解質(zhì)的不同,液態(tài)鋰離子電池使用的是液體電解質(zhì),而聚合物鋰離子電池則以固體聚合物電解質(zhì)來(lái)代替,這種聚合物可以是“干態(tài)”的,也可以是“膠態(tài)”的,目前大部分采用聚合物膠體電解質(zhì)。聚合物鋰離子電池可分為三類：

(1)固體聚合物電解質(zhì)鋰離子電池。電解質(zhì)為聚合物與鹽的混合物，這種電池在常溫下的離子電導(dǎo)率低，適于高溫使用。

(2)凝膠聚合物電解質(zhì)鋰離子電池。即在固體聚合物電解質(zhì)中加入增塑劑等添加劑，從而提高離子電導(dǎo)率，使電池可在常溫下使用。(3)聚合物正極材料的鋰離子電池。采用導(dǎo)電聚合物作為正極材料，其比能量是現(xiàn)有鋰離子電池的3倍，是最新一代的鋰離子電池。由于用固體電解質(zhì)代替了液體電解質(zhì),與液態(tài)鋰離子電池相比，聚合物鋰離子電池具有可薄形化、任意面積化與任意形狀化等優(yōu)點(diǎn)，也不會(huì)產(chǎn)生漏液與燃燒爆炸等安全上的問(wèn)題，因此可以用鋁塑復(fù)合薄膜制造電池外殼，從而可以提高整個(gè)電池的比容量;聚合物鋰離子電池還可以采用高分子作正極材料，其質(zhì)量比能量將會(huì)比目前的液態(tài)鋰離子電池提高50%以上。

此外,聚合物鋰離子電池在工作電壓、充放電循環(huán)壽命等方面都比鋰離子電池有所提高。基于以上優(yōu)點(diǎn)，聚合物鋰離子電池被譽(yù)為下一代鋰離子電池。聚合物鋰離子(Lithiumionpolymer)電池，具有更高能量密度、小型化、薄型化、輕量化、高安全性、長(zhǎng)循環(huán)壽命與低成本的新型電池。因此，在未來(lái)2～3年內(nèi)，聚合物鋰電池取代鋰離子電池市場(chǎng)的份額將達(dá)50%。

1.4.3當(dāng)前手機(jī)已被廣泛使用，早期的手機(jī)中多使用鎳氫電池，但靈巧型的手機(jī)則是鋰離子電池。正確地使用鋰離子電池對(duì)延長(zhǎng)電池壽命是十分重要的。鋰離子電池是目前應(yīng)用最為廣泛的鋰電池，它根據(jù)不同的電子產(chǎn)品的要求可以做成扁平長(zhǎng)方形、圓柱形、長(zhǎng)方形及扣式，并且有由幾個(gè)電池串聯(lián)在一起組成的電池組。鋰離子電池的額定電壓為3.6V(有的產(chǎn)品為3.7V)。充滿電時(shí)的終止充電電壓與電池陽(yáng)極材料有關(guān)：陽(yáng)極材料為石墨的4.2V;陽(yáng)極材料為焦炭的4.1V。不同陽(yáng)極材料的內(nèi)阻也不同，焦炭陽(yáng)極的內(nèi)阻略大，其放電曲線也略有差別。一般稱為4.1V鋰離子電池及4.2V鋰離子電池。現(xiàn)在使用的大部分是4.2V的，鋰離子電池的終止放電電壓為2.5V～2.75V(電池廠給出工作電壓范圍或給出終止放電電壓，各參數(shù)略有不同)。低于終止放電電壓繼續(xù)放電稱為過(guò)放，過(guò)放對(duì)電池是有損害的。

1.4.4鋰離子電池不適合用作大電流放電，過(guò)大電流放電時(shí)會(huì)降低放電時(shí)間(內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生較高的溫度而損耗能量)。因此電池生產(chǎn)工廠給出最大放電電流，在使用中應(yīng)小于最大放電電流。鋰離子電池對(duì)溫度有一定要求，工廠給出了充電溫度范圍、放電溫度范圍及保存溫度范圍。鋰離子電池對(duì)充電的要求是很高的，它要求精密的充電電路以保證充電的安全。終止充電電壓精度允差為額定值的_1%(例如:充4.2V的鋰離子電池，其允差為_(kāi)0.042V)，過(guò)壓充電會(huì)造成鋰離子電池永久性損壞。鋰離子電池充電電流應(yīng)根據(jù)電池生產(chǎn)廠家的建議，并要求有限流電路以免發(fā)生過(guò)流(過(guò)熱)。一般常用的充電率為0.25C～1C(C是電池的容量，如C=800mAh，1C充電率即充電電流為800mA)。在大電流充電時(shí)往往要檢測(cè)電池溫度，以防止過(guò)熱損壞電池或產(chǎn)生爆炸。

1.4.5鋰離子電池充電分為兩個(gè)階段：先恒流充電，到接近終止電壓時(shí)改為恒壓充電。以800mAh容量的電池為例，其終止充電電壓為4.2V。電池以800mA(充電率為1C)恒流充電，開(kāi)始時(shí)電池電壓以較大的斜率升壓，當(dāng)電池電壓接近4.2V時(shí)，改成4.2V恒壓充電，電流漸降，電壓變化不大，到充電電流降為1/10C(約80mA)時(shí)，認(rèn)為接近充滿，可以終止充電(有的充電器到1/10C后啟動(dòng)定時(shí)器，過(guò)一定時(shí)間后結(jié)束充電)。鋰離子電池在充電或放電過(guò)程中若發(fā)生過(guò)充、過(guò)放或過(guò)流時(shí)，會(huì)造成電池的損壞或降低使用壽命。

6/18

1.5.鋰離子電池優(yōu)缺點(diǎn)

1.5.1鋰離子電池具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.電壓高，單體電池的工作電壓高達(dá)3.6-3.9V，是Ni-Cd、Ni-H電池的3倍

2.比能量大，目前能達(dá)到的實(shí)際比能量為100-125Wh/kg和240-300Wh/L(2倍于Ni-Cd，1.5倍于Ni-MH),未來(lái)隨著技術(shù)發(fā)展,比能量可高達(dá)150Wh/kg和400Wh/L

3.循環(huán)壽命長(zhǎng),一般均可達(dá)到500次以上,甚至1000次以上.對(duì)于小電流放電的電器,電池的使用期限將倍增電器的競(jìng)爭(zhēng)力.

4.安全性能好,無(wú)公害,無(wú)記憶效應(yīng).作為L(zhǎng)i-ion前身的鋰電池,因金屬鋰易形成枝晶發(fā)生短路,縮減了其應(yīng)用領(lǐng)域：Li-ion中不含鎘、鉛、汞等對(duì)環(huán)境有污染的元素：部分工藝(如燒結(jié)式)的Ni-Cd電池存在的一大弊病為“記憶效應(yīng)”，嚴(yán)重束縛電池的使用，但Li-ion根本不存在這方面的問(wèn)題。

5.自放電小，室溫下充滿電的Li-ion儲(chǔ)存1個(gè)月后的自放電率為10%左右，大大低于Ni-Cd的25-30%，Ni、MH的30-35%。

6.可快速充放電，1C充電是容量可以達(dá)到標(biāo)稱容量的80%以上。

7.工作溫度范圍高，工作溫度為-25~45_C，隨著電解質(zhì)和正極的改進(jìn)，期望能擴(kuò)寬到-40~70_C。

1.5.2.鋰離子電池也存在著一定的缺點(diǎn)

1.電池成本較高。主要表現(xiàn)在正極材料LiCoO2的價(jià)格高(Co的資源較少)，電解質(zhì)體系提純困難。

2.不能大電流放電。由于有機(jī)電解質(zhì)體系等原因，電池內(nèi)阻相對(duì)

其他類電池大。故要求較小的放電電流密度，一般放電電流在0.5C以下，只適合于中小電流的電器使用。

3.需要保護(hù)線路控制。

A.過(guò)充保護(hù)：電池過(guò)充將破壞正極結(jié)構(gòu)而影響性能和壽命;同時(shí)過(guò)充電使電解液分解，內(nèi)部壓力過(guò)高而導(dǎo)致漏液等問(wèn)題;故必須在4.1V-4.2V的恒壓下充電;

B.過(guò)放保護(hù)：過(guò)放會(huì)導(dǎo)致活性物質(zhì)的恢復(fù)困難，故也需要有保護(hù)線路控制。

7/18

4)充電電池定義

充電電池又稱：蓄電池、二次電池，是可以反復(fù)充電使用的電池。常見(jiàn)的有：鉛酸電池(用于汽車(chē)時(shí)，俗稱“電瓶”)、鎘鎳電池、氫鎳電池、鋰離子電池。

5)電池的額定容量

電池的額定容量指在一定放電條件下，電池放電至截止電壓時(shí)放出的電量。IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定鎳鎘和鎳氫電池在20_5℃環(huán)境下，以0.1C充電16小時(shí)后以0.2C放電至1.0V時(shí)所放出的電量為電池的額定容量。單位有Ah,mAh(1Ah=1000mAh)

1.6.如何正確使用鋰離子電池.

正確使用鋰離子電池應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

避免在嚴(yán)酷條件下使用，如：高溫、高濕度、夏日陽(yáng)光下長(zhǎng)時(shí)間暴曬等，避免將電池投入火中;

裝、拆電池時(shí)，應(yīng)確保用電器具處于電源關(guān)閉狀態(tài);使用溫度應(yīng)保持在-20~55℃之間;

避免將電池長(zhǎng)時(shí)間“存放”在停止使用的用電器具中;

1.6.1.如何為新電池充電,

在使用鋰電池中應(yīng)注意的是，電池放置一段時(shí)間后則進(jìn)入休眠狀態(tài)，此時(shí)容量低于正常值，使用時(shí)間亦隨之縮短。但鋰電池很容易激活，只要經(jīng)過(guò)3—5次正常的充放電循環(huán)就可激活電池，恢復(fù)正常容量。由于鋰電池本身的特性，決定了它幾乎沒(méi)有記憶效應(yīng)。因此用戶手機(jī)中的新鋰電池在激活過(guò)

程中，是不需要特別的方法和設(shè)備的。不僅理論上是如此，從我自己的實(shí)踐

來(lái)看，從一開(kāi)始就采用標(biāo)準(zhǔn)方法充電這種“自然激活”方式是最好的。

對(duì)于鋰電池的“激活”問(wèn)題，眾多的說(shuō)法是：充電時(shí)間一定要超過(guò)12小時(shí)，反復(fù)做三次，以便激活電池。這種“前三次充電要充12小時(shí)以上”的說(shuō)法，明顯是從鎳電池(如鎳鎘和鎳氫)延續(xù)下來(lái)的說(shuō)法。所以這種說(shuō)法，可以說(shuō)一開(kāi)始就是誤傳。鋰電池和鎳電池的充放電特性有非常大的區(qū)別，而且可以非常明確的告訴大家，在所查閱過(guò)的嚴(yán)肅的且正式的技術(shù)資料中都強(qiáng)調(diào)過(guò)充和過(guò)放電會(huì)對(duì)鋰電池、特別是液體鋰離子電池造成巨大的傷害。因而充電最好按照標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)方法充電，特別是不要進(jìn)行超過(guò)12個(gè)小時(shí)的超長(zhǎng)充電。

此外，鋰電池或充電器在電池充滿后都會(huì)自動(dòng)停充，并不存在鎳電充電器所謂的持續(xù)10幾小時(shí)的“涓流”充電。也就是說(shuō)，如果你的鋰電池在充滿后，放在充電器上也是白充。而我們誰(shuí)都無(wú)法保證電池的充放電保護(hù)電路

8/18

的特性永不變化和質(zhì)量的萬(wàn)無(wú)一失，所以你的電池將長(zhǎng)期處在危險(xiǎn)的邊緣徘徊。這也是我們反對(duì)長(zhǎng)充電的另一個(gè)理由。

此外，不可忽視的另外一個(gè)方面就是鋰電池同樣也不適合過(guò)放電，過(guò)放電對(duì)鋰電池同樣也很不利。

1.6.2、正常使用中應(yīng)該何時(shí)開(kāi)始充電

經(jīng)常可以見(jiàn)到這種說(shuō)法，因?yàn)槌浞烹姷拇螖?shù)是有限的，所以應(yīng)該將手機(jī)電池的電盡可能用光再充電。但是我找到一個(gè)關(guān)于鋰離子電池充放電循環(huán)的實(shí)驗(yàn)表，關(guān)于循環(huán)壽命的數(shù)據(jù)列出如下:

循環(huán)壽命(10%DOD):>1000次

循環(huán)壽命(100%DOD):>200次

從表中可見(jiàn)，可充電次數(shù)和放電深度有關(guān)，10%DOD時(shí)的循環(huán)壽命要比100%DOD的要長(zhǎng)很多。當(dāng)然如果折合到實(shí)際充電的相對(duì)總?cè)萘浚?0%*1000=100，100%*200=200，后者的完全充放電還是要比較好一些，但前面網(wǎng)友的那個(gè)說(shuō)法要做一些修正：在正常情況下，你應(yīng)該有保留地按照電池剩余電量用完再充的原則充電，但假如你的電池在你預(yù)計(jì)第2天不可能堅(jiān)持整個(gè)白天的時(shí)候，就應(yīng)該及時(shí)開(kāi)始充電，當(dāng)然你如果愿意背著充電器到辦公室又當(dāng)別論。

電池剩余電量用完再充的原則并不是要你走向極端。和長(zhǎng)充電一樣流傳甚廣的一個(gè)說(shuō)法，就是“盡量把電池的電量用完”。這種做法其實(shí)只是鎳電池上的做法，目的是避免記憶效應(yīng)發(fā)生，不幸的是它也在鋰電池上流傳之今。曾經(jīng)有人因?yàn)槭謾C(jī)電池電量過(guò)低的警告出現(xiàn)后，仍然不充電繼續(xù)使用一直用到自動(dòng)關(guān)機(jī)的例子。結(jié)果這個(gè)例子中的手機(jī)在后來(lái)的充電及開(kāi)機(jī)中均無(wú)反應(yīng)，不得不送客服檢修。這其實(shí)就是由于電池因過(guò)度放電而導(dǎo)致電壓過(guò)低，以至于不具備正常的充電和開(kāi)機(jī)條件造成的。

建議手機(jī)電池的電量保持在滿格的狀態(tài)，當(dāng)電量不滿的時(shí)候就開(kāi)始充電，2-3小時(shí)以內(nèi)為宜。