鋰離子電池的使用與維護(hù)

在充放電過(guò)程中，Li+在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌：充電時(shí)，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)；放電時(shí)則相反。電池一般采用含有鋰元素的材料作為電極，是現(xiàn)代高性能電池的代表。鋰系電池分為鋰電池和鋰離子電池。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，而真正的鋰電池由于危險(xiǎn)性大，很少應(yīng)用于日常電子產(chǎn)品。

鋰離子電池（Li-ion，Lithium Ion Battery）：鋰離子電池具有重量輕、容量大、無(wú)記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了普遍應(yīng)用——現(xiàn)在的許多數(shù)碼設(shè)備都采用了鋰離子電池作電源，盡管其價(jià)格相對(duì)來(lái)說(shuō)比較昂貴。鋰離子電池的能量密度很高，它的容量是同重量的鎳氫電池的1.5~2倍，而且具有很低的自放電率。此外，鋰離子電池幾乎沒(méi)有“記憶效應(yīng)”以及不含有毒物質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)也是它廣泛應(yīng)用的重要原因。

鋰離子電池的使用與維護(hù)：

鋰離子電池充電

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。對(duì)鋰離子電池充電，應(yīng)使用專用的鋰離子電池充電器。鋰離子電池充電采用 “恒流/恒壓”方式，先恒流充電，到接近終止電壓時(shí)改為恒壓充電。如一種800mA.h容量的電池，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上升，當(dāng)電池電壓接近4.2V時(shí)，改成4.2V恒壓充電，鋰電池電流漸降，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10C后啟動(dòng)定時(shí)器，過(guò)一定時(shí)間后結(jié)束充電）。不能用充鎳鎘電池的充電器（充三節(jié)鎳鎘電池的）來(lái)充鋰離子電池（雖然額定電壓一樣，都是3.6V），由于充電方式不同，容易造成過(guò)充。

（1） 充電電壓：充滿電時(shí)的終止充電電壓與電池負(fù)極材料有關(guān)，焦炭為4.1V，而石墨為4.2V，一般稱為4.1V鋰離子電池及4.2V鋰離子電池。在充電時(shí)應(yīng)注意4.1V的電池不能用4.2V的充電器充電，否則會(huì)有過(guò)充危險(xiǎn)（4.1V與4.2V的充電器所用的充電器IC不同）。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±0.042V），過(guò)壓充電會(huì)造成鋰離子電池永久性損壞。

（2） 充電電流：鋰離子電池充電電流應(yīng)根據(jù)電池生產(chǎn)廠的建議，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0.25～1C，推薦的充電電流為0.5C（C是電池的容量，如標(biāo)稱容量1500mA.h的電池，充電電流0.5*1500=750mA）。在大電流充電時(shí)往往要檢測(cè)電池溫度，以防止因過(guò)熱而損壞電池或產(chǎn)生爆炸。

（3）充電溫度：對(duì)電池充電時(shí)，其環(huán)境溫度不能超過(guò)產(chǎn)品特性表中所列的溫度范圍。電池應(yīng)在0～45℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行充電，遠(yuǎn)離高溫（高于60℃）和低溫（-20℃）環(huán)境。

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。為此開(kāi)發(fā)出各種保護(hù)元件及由保護(hù)IC組成的保護(hù)電路，它安裝在電池或電池組中，使電池獲得完善的保護(hù)。但是在使用中應(yīng)盡可能防止過(guò)充電及過(guò)放電。例如，手機(jī)電池在充電過(guò)程中，快充滿時(shí)應(yīng)及時(shí)與充電器進(jìn)行分離。放電深度淺時(shí)，循環(huán)壽命會(huì)明顯提高。因此在使用時(shí)，不要等到手機(jī)上出現(xiàn)電池不足的信號(hào)時(shí)才去充電，更不要在出現(xiàn)此信號(hào)時(shí)繼續(xù)使用，盡管出現(xiàn)此信號(hào)時(shí)還有一部分殘余容量可供使用。

鋰離子電池放電

放電終止電壓：鋰離子電池的額定電壓為3.6V（有的產(chǎn)品為3.7V），終止放電電壓為2.5-2.75V（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）。電池的放電終止電壓不應(yīng)小于2.5（n是串聯(lián)的電池?cái)?shù)），低于終止放電電壓繼續(xù)放電稱為過(guò)放，過(guò)放會(huì)使電池壽命縮短，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致電池失效。電池不用時(shí)，應(yīng)將電池充電到保有20%的電容量，再進(jìn)行防潮包裝保存，3～6個(gè)月檢測(cè)電壓1次，并進(jìn)行充電，保證電池電壓在安全電壓值（3V以上）范圍內(nèi)。

放電電流：鋰離子電池不適合用作大電流放電，過(guò)大電流放電時(shí)內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生較高的溫度而損耗能量，減少放電時(shí)間，若電池中無(wú)保護(hù)元件還會(huì)產(chǎn)生過(guò)熱而損壞電池。因此電池生產(chǎn)工廠給出最大放電電流，在使用中不能超過(guò)產(chǎn)品特性表中給出的最大放電電流。

放電溫度：不同溫度下的放電曲線是不同的。在不同溫度下，鋰離子電池的放電電壓及放電時(shí)間也不同，電池應(yīng)在-20℃到+60℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行放電（工作）。

貯存和運(yùn)輸

鋰離子電池可貯存在溫度為-5～35℃，相對(duì)濕度不大于75%的清潔、干燥、通風(fēng)的環(huán)境中，應(yīng)避免與腐蝕性物質(zhì)接觸，遠(yuǎn)離火源及熱源，不要置于陽(yáng)光直射的地方，不能隨意拆卸電池。電池若長(zhǎng)期貯存，電池電量應(yīng)保持標(biāo)稱容量的30%～50%，推薦貯存的電池每6個(gè)月充電一次。

電池應(yīng)包裝成箱進(jìn)行運(yùn)輸，在運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)防止劇烈振動(dòng)、撞擊或擠壓，防止日曬雨淋，可使用汽車、火車、輪船、飛機(jī)等交通工具進(jìn)行運(yùn)輸。

短路

關(guān)于鋰離子電池的安全問(wèn)題，請(qǐng)各位朋友重視。鋰離子電池在充電過(guò)程中很容易發(fā)生短路情況。雖然大多數(shù)鋰離子電池都帶有防短路的保護(hù)電路，還有防爆線。但很多情況下，這個(gè)電路在各種情況下，不一定會(huì)起作用。防爆線能起的作用也很有限。

過(guò)充

所有的鋰離子電池，包括聚合物鋰離子電池、鋰鐵電池等等，都非常害怕過(guò)充。鋰離子電池如果充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，發(fā)生的爆炸的可能性就會(huì)加大。鋰的化學(xué)性質(zhì)非?；顫?，很容易燃燒，當(dāng)電池充放電時(shí)，電池內(nèi)部持續(xù)升溫，活化過(guò)程中所產(chǎn)生的氣體膨脹，使電池內(nèi)壓加大。壓力達(dá)到一定程度，如外殼有傷痕，即會(huì)破裂，引起漏液、起火，甚至爆炸。所以，大家在使用鋰離子電池的時(shí)候要非常注意安全。

充電注意事項(xiàng)

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)法釋放出來(lái)。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。

鋰離子電池的安全特性：

對(duì)于鋰離子電池安全性能的考核指標(biāo)，國(guó)際上規(guī)定了非常嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，一只合格的鋰離子電池在安全性能上應(yīng)該滿足以下條件：

（1）短路：不起火，不爆炸

（2）過(guò)充電：不起火，不爆炸

（3）熱箱試驗(yàn)：不起火，不爆炸（150℃恒溫10min）

（4）針剌：不爆炸（用Ф3mm釘穿透電池）

（5）平板沖擊：不起火，不爆炸（10kg重物自1M高處砸向電池）

鋰離子電池的優(yōu)點(diǎn)：

（1）電壓高單體電池的工作電壓高達(dá)3.7-3.8V（磷酸鐵鋰的是3.2V），是Ni-Cd、Ni-MH電池的3倍。

（2）比能量大能達(dá)到的實(shí)際比能量為555Wh/kg左右，即材料能達(dá)到150mAh/g以上的比容量（3--4倍于Ni-Cd，2--3倍于Ni-MH），已接近于其理論值的約88%。

（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，磷酸鐵鋰的可以達(dá)到2000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前身新型鋰離子電池的鋰電池，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2%左右，大大低于Ni-Cd的25-30%，Ni-MH的30-35%。

（6）快速充電1C充電30分鐘容量可以達(dá)到標(biāo)稱容量的80%以上，磷鐵電池可以達(dá)到10分鐘充電到標(biāo)稱容量的90%。

（7）工作溫度工作溫度為-25~45°C，隨著電解液和正極的改進(jìn)，期望能擴(kuò)寬到-40~70°C。

（6）焚燒：不爆炸（煤氣火焰燒烤電池）

鋰離子電池的缺點(diǎn)：

（1）衰老：與其它充電電池不同，鋰離子電池的容量會(huì)緩慢衰退，與使用次數(shù)有關(guān)，也與溫度有關(guān)。這種衰退的現(xiàn)象可以用容量減小表示，也可以用內(nèi)阻升高表示。因?yàn)榕c溫度有關(guān)，所以在工作電流高的電子產(chǎn)品更容易體現(xiàn)。用鈦酸鋰取代石墨似乎可以延長(zhǎng)壽命。 儲(chǔ)存溫度與容量永久損失速度的關(guān)系：

（2）回收率：大約有1%的出廠新品因種種原因需要回收。

（3）不耐受過(guò)充：過(guò)充電時(shí)，過(guò)量嵌入的鋰離子會(huì)永久固定于晶格中，無(wú)法再釋放，可導(dǎo)致電池壽命短。

（4）不耐受過(guò)放：過(guò)放電時(shí)，電極脫嵌過(guò)多鋰離子，可導(dǎo)致晶格坍塌，從而縮短壽命。