鋰離子電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)及充電原理 - 全文

　　所謂鋰離子電池是指分別用二個能可逆地嵌入與脫嵌鋰離子的化合物作為正負(fù)極構(gòu)成的二次電池。人們將這種靠鋰離子在正負(fù)極之間的轉(zhuǎn)移來完成電池充放電工作的獨特機理的鋰離子電池形象地稱為“搖椅式電池”，俗稱“鋰電”。

　　鋰離子電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示：

　　電池由正極鋰化合物、中間的電解質(zhì)膜及負(fù)極碳組成。

　　◎當(dāng)電池充電時，鋰離子從正極中脫嵌，在負(fù)極中嵌入，放電時反之。一般采用嵌鋰過渡金屬氧化物做正極，如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4。

　　◎做為負(fù)極的材料則選擇電位盡可能接近鋰電位的可嵌入鋰化合物，如各種碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纖維、中間相小球碳素等和金屬氧化物，包括SnO、SnO2、錫復(fù)合氧化物SnBxPyOz等。

　　◎電解質(zhì)采用LiPF6的乙烯碳酸脂（EC）、丙烯碳酸脂（PC）和低粘度二乙基碳酸脂（DEC）等烷基碳酸脂搭配的高分子材料。

　　◎隔膜采用聚烯微多孔膜如PE、PP或它們復(fù)合膜，采用PP/PE/PP三層隔膜優(yōu)點是熔點較低，具有較高的抗穿刺強度，起到了過熱保險作用。

　　◎外殼采用鋼或鋁材料，具有防爆的功能。

　　鋰離子電池的額定電壓為3.6V。電池充滿時的電壓（稱為終止充電電壓）一般為4.2V;鋰離子電池終止放電電壓為2.75V。如果鋰離子電池在使用過程中電壓已降到2.75V后還繼續(xù)使用，則稱為過放電，對電池有損害。

　　鋰電池充電原理：

　　鋰離子電池充電原理圖：

　　其中：Iconst：恒流充電電流;

　　Ipre：預(yù)充電電流;

　　Ifull：充滿判斷電流;

　　Vconst：恒壓充電電壓;=

　　Vmin：預(yù)充結(jié)束電壓及短路判斷電壓

　　鋰離子電池比較驕貴。如果不滿足其充電及使用要求，很容易出現(xiàn)爆炸，壽命下降等現(xiàn)象。因為鋰離子電池對溫度、過壓、過流及過放電很敏感，所以所有的電池內(nèi)部均集成了熱敏電阻（監(jiān)控充電溫度）及防過壓、過流、過放電保護(hù)電路。

　　圖一為標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池充電原理曲線，鋰離子電池的充電過程分三個階段：預(yù)充電階段;恒流充電階段;恒壓充電階段。

　　預(yù)充電階段是在電池電壓低于3V時，電池不能承受大電流的充電。這時有必要以小電流對電池進(jìn)行浮充;當(dāng)電池電壓達(dá)到3V時，電池可以承受大電流的充電了。這時應(yīng)以恒定的大電流充電。以使鋰離子快速均勻轉(zhuǎn)移，這個電流值越大，對電池的充滿及壽命越有利;當(dāng)電池電壓達(dá)到4.2V時，達(dá)到了電池承受電壓的極限。這時應(yīng)以4.2V的電壓恒壓充電。這時充電電流逐漸降低。當(dāng)充電電流小于30mA時，電池即充滿了。這時要停止充電。否則，電池因過充而降低壽命。恒壓充電階段要求電壓控制精度為1%。依國家標(biāo)準(zhǔn)，鋰離子電池要能在1C的充電電流下，可以循環(huán)充放電500次以上。依一般的電池使用三天一充。這樣電池的壽命應(yīng)在4年。

　　但用戶在使用電池的時候往往發(fā)現(xiàn)，原裝電池在使用1年，甚到半年左右的時間就報廢了，這是因為簡單的充電方式惹得禍。下面將以最簡單的充電原理分析一下為什么會對鋰電池有損害：

　　當(dāng)沒電的電池插在這種充電器上時，充電器即以最大的電流為電池充電。如果在鋰離子電池最虛弱的低壓時（低于2.5V）就以大電流沖擊，將會嚴(yán)重?fù)p害電池的壽命。

　　另外，這類的充電器均為直接市電220V接入，轉(zhuǎn)換為5V的低壓直流。因為轉(zhuǎn)換效率低下，會產(chǎn)生大量的熱。熱量直接疊加在了電池上，使電池溫度過高，這對電池有很大損害