1.1鋰離子電池簡介

1.1.1鋰離子電池(Li-ionBatteries)是鋰電池發(fā)展而來。在介紹Li-ion之前，應先介紹鋰電池。舉例來講，以前照相機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)過程中,容易形成鋰枝晶,造成電池內部短路,所以一般情況下這種電池是禁止充電的。

1.1.2后來，日本索尼公司發(fā)明了以炭材料為負極，以含鋰的化合物作正極，在充放電過程中，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池。當對電池進行充電時，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過電解液運動到負極。而作為負極的碳呈層狀結構，它有很多微孔，達到負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，當對電池進行放電時(即我們使用電池的過程)，嵌在負極碳層中的鋰離子脫出，又運動回正極。回正極的鋰離子越多，放電容量越高。

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

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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——活性物質一般為氧化鋰鈷

(3)隔膜——一種特殊的復合膜

(4)負極——活性物質為碳

(5)有機電解液

(6)電池殼(分為鋼殼和鋁殼兩種)

1.2.2軟包裝系列

(1)正極——活性物質一般為氧化鋰鈷

(2)隔膜——PP或者PE復合膜

(3)負極——活性物質為碳

(4)有機電解液

(5)電池殼——鋁塑復合膜

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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。手機等PDA產品使用的是鋰離子電池，而真正的鋰電池由于危險性大，沒有應用于日常電子產品。鋰離子電池以碳素材料為負極，以含鋰的化合物作正極，沒有金屬鋰存在，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程，就是鋰離子的嵌入和脫嵌過程。在鋰離子的嵌入和脫嵌過程中，同時伴隨著與鋰離子等當量電子的嵌入和脫嵌(習慣上正極用嵌入或脫嵌表示，而負極用插入或脫插表示)。在充放電過程中，鋰離子在正、負極之間往返嵌入/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。沒有記憶效應。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100%，而且輸出功率大。使用壽命長。沒有環(huán)境污染，被稱為綠色電池。

1.3.3充電是電池重復使用的重要步驟，鋰離子電池的充電過程分為兩個階段：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準電壓，隨后在控制芯片下轉入恒壓階段，電壓不再升高以確保不會過充，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)計芯片通過記錄放電曲線可以抽樣計算出電池的電量。鋰離子電池在多次使用后，放電曲線會發(fā)生改變，鋰離子電池雖然不存在記憶效應，但是充電不當會嚴重影響電池性能。

鋰離子電池過度充放電會對正負極造成永久性損壞。過度放電導致負極碳片層結構出現(xiàn)塌陷，而塌陷會造成充電過程中鋰離子無法插入;過度充電使過多的鋰離子嵌入負極碳結構，而造成其中部分鋰離子再也無法釋放出。

1.3.4充電量等于充電電流乘以充電時間，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。電池充電速度過快和終止電壓控制點不當，同樣會造成電池容量不足，實際是電池的部分電極活性物質沒有得到充分反應就停止充電，這種充電不足的現(xiàn)象隨著循環(huán)次數(shù)的增加而加劇。

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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極、以二氧化錳為陰極，并采用有機電解液的一次性電池。該電池的主要特點是電池電壓高，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(見上面舉的例子);放電電壓穩(wěn)定可靠;有較好的儲存性能(儲存時間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中應用最廣泛的電池，但它較為“嬌氣”，在使用中不可過充、過放(會損壞電池或使之報廢)。因此，在電池上有保護元器件或保護電路以防止昂貴的電池損壞。鋰離子電池充電要求很高，要保證終止電壓精度在1%之內，目前各大半導體器件廠已開發(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材料不同，鋰離子電池可以分為液態(tài)鋰離子電池(lithiumionbattery,簡稱為LIB)和聚合物鋰離子電池(polymerlithiumionbattery,簡稱為LIP)兩大類。聚合物鋰離子電池所用的正負極材料與液態(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)別在于電解質的不同,液態(tài)鋰離子電池使用的是液體電解質,而聚合物鋰離子電池則以固體聚合物電解質來代替,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。聚合物鋰離子電池可分為三類：

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

(2)凝膠聚合物電解質鋰離子電池。即在固體聚合物電解質中加入增塑劑等添加劑，從而提高離子電導率，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。由于用固體電解質代替了液體電解質,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，也不會產生漏液與燃燒爆炸等安全上的問題，因此可以用鋁塑復合薄膜制造電池外殼，從而可以提高整個電池的比容量;聚合物鋰離子電池還可以采用高分子作正極材料，其質量比能量將會比目前的液態(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，聚合物鋰離子電池被譽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、長循環(huán)壽命與低成本的新型電池。因此，在未來2～3年內，聚合物鋰電池取代鋰離子電池市場的份額將達50%。

1.4.3當前手機已被廣泛使用，早期的手機中多使用鎳氫電池，但靈巧型的手機則是鋰離子電池。正確地使用鋰離子電池對延長電池壽命是十分重要的。鋰離子電池是目前應用最為廣泛的鋰電池，它根據(jù)不同的電子產品的要求可以做成扁平長方形、圓柱形、長方形及扣式，并且有由幾個電池串聯(lián)在一起組成的電池組。鋰離子電池的額定電壓為3.6V(有的產品為3.7V)。充滿電時的終止充電電壓與電池陽極材料有關：陽極材料為石墨的4.2V;陽極材料為焦炭的4.1V。不同陽極材料的內阻也不同，焦炭陽極的內阻略大，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?，F(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)放電稱為過放，過放對電池是有損害的。

1.4.4鋰離子電池不適合用作大電流放電，過大電流放電時會降低放電時間(內部會產生較高的溫度而損耗能量)。因此電池生產工廠給出最大放電電流，在使用中應小于最大放電電流。鋰離子電池對溫度有一定要求，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)，過壓充電會造成鋰離子電池永久性損壞。鋰離子電池充電電流應根據(jù)電池生產廠家的建議，并要求有限流電路以免發(fā)生過流(過熱)。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)。在大電流充電時往往要檢測電池溫度，以防止過熱損壞電池或產生爆炸。

1.4.5鋰離子電池充電分為兩個階段：先恒流充電，到接近終止電壓時改為恒壓充電。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，開始時電池電壓以較大的斜率升壓，當電池電壓接近4.2V時，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，認為接近充滿，可以終止充電(有的充電器到1/10C后啟動定時器，過一定時間后結束充電)。鋰離子電池在充電或放電過程中若發(fā)生過充、過放或過流時，會造成電池的損壞或降低使用壽命。

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1.5.鋰離子電池優(yōu)缺點

1.5.1鋰離子電池具有以下優(yōu)點：

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

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

3.循環(huán)壽命長,一般均可達到500次以上,甚至1000次以上.對于小電流放電的電器,電池的使用期限將倍增電器的競爭力.

4.安全性能好,無公害,無記憶效應.作為Li-ion前身的鋰電池,因金屬鋰易形成枝晶發(fā)生短路,縮減了其應用領域：Li-ion中不含鎘、鉛、汞等對環(huán)境有污染的元素：部分工藝(如燒結式)的Ni-Cd電池存在的一大弊病為“記憶效應”，嚴重束縛電池的使用，但Li-ion根本不存在這方面的問題。

5.自放電小，室溫下充滿電的Li-ion儲存1個月后的自放電率為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充電是容量可以達到標稱容量的80%以上。

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

1.5.2.鋰離子電池也存在著一定的缺點

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

2.不能大電流放電。由于有機電解質體系等原因，電池內阻相對

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.需要保護線路控制。

A.過充保護：電池過充將破壞正極結構而影響性能和壽命;同時過充電使電解液分解，內部壓力過高而導致漏液等問題;故必須在4.1V-4.2V的恒壓下充電;

B.過放保護：過放會導致活性物質的恢復困難，故也需要有保護線路控制。

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4)充電電池定義

充電電池又稱：蓄電池、二次電池，是可以反復充電使用的電池。常見的有：鉛酸電池(用于汽車時，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放出的電量。IEC標準規(guī)定鎳鎘和鎳氫電池在20_5℃環(huán)境下，以0.1C充電16小時后以0.2C放電至1.0V時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注意以下幾點：

避免在嚴酷條件下使用，如：高溫、高濕度、夏日陽光下長時間暴曬等，避免將電池投入火中;

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

避免將電池長時間“存放”在停止使用的用電器具中;

1.6.1.如何為新電池充電,

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

程中，是不需要特別的方法和設備的。不僅理論上是如此，從我自己的實踐

來看，從一開始就采用標準方法充電這種“自然激活”方式是最好的。

對于鋰電池的“激活”問題，眾多的說法是：充電時間一定要超過12小時，反復做三次，以便激活電池。這種“前三次充電要充12小時以上”的說法，明顯是從鎳電池(如鎳鎘和鎳氫)延續(xù)下來的說法。所以這種說法，可以說一開始就是誤傳。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，在所查閱過的嚴肅的且正式的技術資料中都強調過充和過放電會對鋰電池、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準時間和標準方法充電，特別是不要進行超過12個小時的超長充電。

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

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的特性永不變化和質量的萬無一失，所以你的電池將長期處在危險的邊緣徘徊。這也是我們反對長充電的另一個理由。

此外，不可忽視的另外一個方面就是鋰電池同樣也不適合過放電，過放電對鋰電池同樣也很不利。

1.6.2、正常使用中應該何時開始充電

經(jīng)?？梢砸姷竭@種說法，因為充放電的次數(shù)是有限的，所以應該將手機電池的電盡可能用光再充電。但是我找到一個關于鋰離子電池充放電循環(huán)的實驗表，關于循環(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，可充電次數(shù)和放電深度有關，10%DOD時的循環(huán)壽命要比100%DOD的要長很多。當然如果折合到實際充電的相對總容量：10%*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)友的那個說法要做一些修正：在正常情況下，你應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計第2天不可能堅持整個白天的時候，就應該及時開始充電，當然你如果愿意背著充電器到辦公室又當別論。

電池剩余電量用完再充的原則并不是要你走向極端。和長充電一樣流傳甚廣的一個說法，就是“盡量把電池的電量用完”。這種做法其實只是鎳電池上的做法，目的是避免記憶效應發(fā)生，不幸的是它也在鋰電池上流傳之今。曾經(jīng)有人因為手機電池電量過低的警告出現(xiàn)后，仍然不充電繼續(xù)使用一直用到自動關機的例子。結果這個例子中的手機在后來的充電及開機中均無反應，不得不送客服檢修。這其實就是由于電池因過度放電而導致電壓過低，以至于不具備正常的充電和開機條件造成的。

建議手機電池的電量保持在滿格的狀態(tài)，當電量不滿的時候就開始充電，2-3小時以內為宜。