鋰電池原理與使用保養

鋰電池原理與使用保養

[ 2005-7-26 21:41:00 | by: 大蒜頭 ]

我們愛機的鋰電池究竟要如何保養才算正確？這個問題一直困擾著很多手機的忠實使用者，包括我。在查閱了一些資料之後，不久前有機會諮詢了一位電化學專業的在讀博士和國內某知名電池研究所的副所長。現將最近獲得的一些相關知識和心得寫出來，以饗諸位讀者。

鋰離子電池的正極材料通常有鋰的活性化合物組成，負極則是特殊分子結構的碳。常見的正極材料主要成分為 licoo2 ，充電時，加在電池兩極的電勢迫使正極的化合物發布鋰離子，嵌入負極分子排列呈片層結構的碳中。放電時，鋰離子則從片層結構的碳中析出，重新和正極的化合物結合。鋰離子的移動產生了電流。

化學反應原理雖然很簡單，然而在實際的工業生產中，需要考慮的實際問題要多得多：正極的材料需要新增劑來保持多次充放的活性，負極的材料需要在分子結構級去設計以容納更多的鋰離子；填充在正負極之間的電解液，除了保持穩定，還需要具有良好導電性，減小電池內阻。

雖然鋰離子電池很少有鎳鎘電池的記憶效應，記憶效應的原理是結晶化，在鋰電池中幾乎不會產生這種反應。但是，鋰離子電池在多次充放後容量仍然會下降，其原因是複雜而多樣的。主要是正負極材料本身的變化，從分子層面來看，正負極上容納鋰離子的空穴結構會逐漸塌陷、堵塞；從化學角度來看，是正負極材料活性鈍化，出現副反應生成穩定的其他化合物。物理上還會出現正極材料逐漸剝落等情況，總之最終降低了電池中可以自由在充放電過程中移動的鋰離子數目。

過度充電和過度放電，將對鋰離子電池的正負極造成永久的損壞，從分子層面看，可以直觀的理解，過度放電將導致負極碳過度發布鋰離子而使得其片層結構出現塌陷，過度充電將把太多的鋰離子硬塞進負極碳結構裡去，而使得其中一些鋰離子再也無法釋放出來。這也是鋰離子電池為什麼通常配有充放電的控制電路的原因。

不適合的溫度，將引發鋰離子電池內部其他化學反應生成我們不希望看到的化合物，所以在不少的鋰離子電池正負極之間設有保護性的溫控隔膜或電解質新增劑。在電池公升溫到一定的情況下，複合膜膜孔閉合或電解質變性，電池內阻增大直到斷路，電池不再公升溫，確保電池充電溫度正常。

而深充放能提公升鋰離子電池的實際容量嗎？專家明確地告訴我，這是沒有意義的。他們甚至說，所謂使用前三次全充放的「啟用」，在他們兩位博士的知識裡，也想不通這有什麼必要。然而為什麼很多人深充放以後 battery information 裡標示容量會發生改變呢 ? 後面將會提到。

鋰離子電池一般都帶有管理晶元和充電控制晶元。其中管理晶元中有一系列的暫存器，存有容量、溫度、 id 、充電狀態、放電次數等數值。這些數值在使用中會逐漸變化。我個人認為，使用說明中的「使用乙個月左右應該全充放一次」的做法主要的作用應該就是修正這些暫存器裡不當的值，使得電池的充電控制和標稱容量吻合電池的實際情況。

充電控制晶元主要控制電池的充電過程。鋰離子電池的充電過程分為兩個階段，恆流快充階段（電池指示燈呈黃色時）和恆壓電流遞減階段 ( 電池指示燈呈綠色閃爍。恆流快充階段，電池電壓逐步公升高到電池的標準電壓，隨後在控制晶元下轉入恆壓階段，電壓不再公升高以確保不會過充，電流則隨著電池電量的上公升逐步減弱到 0 ，而最終完成充電。

電量統計晶元通過記錄放電曲線（電壓，電流，時間）可以抽樣計算出電池的電量，這就是我們在 battery information 裡讀到的 wh. 值。而鋰離子電池在多次使用後，放電曲線是會改變的，如果晶元一直沒有機會再次讀出完整的乙個放電曲線，其計算出來的電量也就是不準確的。所以我們需要深充放來校準電池的晶元。

最後我對電池的保養的看法是：

1. 不必刻意保證每一次都放完電了再充；

2. 一段時間可做一次保護電路控制下的深充放以修正電池的電量統計，但這不會提高

你電池的實際容量。

3. 長期不用的電池，應放在陰涼的地方以減弱其內部自身鈍化反應的速度。

4. 保護電路也無力監控電池的自放電，長期不用的電池，應充入一定的電量以防電池在存貯中自放電過量導致過度放電的損壞。

其實電池沒有太多要顧及的使用注意，換句話說是顧及也沒有太大用。乙個電池能使用多少次，也許差別更多的來自電池本身製造中的個體差異，而不是使用方法。選擇具有良好口碑的手機品牌，無疑是日後電池使用長壽命的保障之一。

鋰電池原理與使用保養

鋰電池保護板原理

鋰電池充電的原理

鋰電池保護板原理

鋰電池原理與使用保養

鋰電池保護板原理

鋰電池充電的原理

鋰電池保護板原理

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