鋰電池充放電原理

一、鋰電池以及工作原理

　鋰離子電池自1990年問世以來，因其卓越的性能得到了迅猛的發展，並廣泛地應用於社會。鋰離子電池以其它電 池所不可比擬的優勢迅速占領了許多領域，像大家熟知的移動電話、筆記本電腦、小型攝像機、電動玩具等等。

   目前鋰電池公認的基本原理是所謂的“搖椅理論”。鋰電池的充放電不是通過傳統的方式實現電子的轉移，而是通過鋰離子在層壯物質的晶體中的出入，發生能量變化。在正常沖放電情況下，鋰離子的出入一般只引起層間距的變化，而不會引起晶體結構的破壞，因此從沖放電反映來講，鋰離子電池是一種理想的可逆電池。在沖放電時鋰離子在電池正負極往返入，正像搖椅一樣在正負極間搖來搖去，故有人將鋰離子電池形象稱為搖椅電池。

   鋰離子電池的優越性是針對於傳統的鎳鎘電池（Ni/Cd）和鎳氫電池（Ni/MH）來講的。 具有工作電壓高比能量大循環壽命長自放電率低無記憶效應等優點。

二、鋰電池日常使用過程中的常識

　　（1）誤區：“電池激活，前三次充電12小時以上”

　　對於鋰電池的“激活”問題，眾多的說法是：充電時間一定要超過12小時，反覆做三次，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）延續下來的說法。所以這種說法，可以說一開始就是誤傳。經過抽樣調查，可以看出有相當一部分人混淆了兩種電池的充電方法。

       鋰電池和鎳電池的充放電特性有非常大的區別，所查閱過的所有嚴肅的正式技術資料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。通常，產品說明書上介紹的充電方法，就是適合該手機的標準充電方法。

       （2） 不益長時間充電、電池完全用完再充電

　　鋰電池的手機或充電器在電池充滿後都會自動停充，並不存在鎳電充電器所謂的持續10幾小時的“涓流”充電。如果鋰電池在充滿後，放在充電器上也是也不再充電。

        超常時間充電和完全用空電量會造成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，過度放電將導致負極碳過度釋出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里去，而使得其中一些鋰離子再也無法釋放出來。

• 鋰電池的充電方式是限壓橫流方式

  這裡用立錡科技鋰電池充電IC RT9525來舉個例子，原理圖如下

　鋰電池充電主要分三步完成：

　　第一步：判斷電壓<2.7V（這個值可以進行設置），要先進行預充電，0.05C電流；

　　第二步：判斷 3V<電壓<4.2V，恆流充電0.2C~1C電流；

　　第三步：判斷電壓≥4.2V（大部分單節鋰電池電壓為4.2V，少部分會大於4.2V），恆壓充電，電壓為4.20V，電流隨充電時間而減少，直到充滿。

充電開始時，應先檢測待充電電池的電壓，如果電壓低於2.7V，要先進行預充電，有一些充電晶片的預充電電壓可以進行設置，預充電電流一般設定為恆流充電電流 的1/10，一般選0.05C左右。電壓升到3V後，進入標準充電過程。標準充電過程為：以設定電流進行恆流充電，電池電壓升到4.20V時，改為恆壓充電，保持充電電壓為4.20V。此時，充電電流逐漸下降，當電流下降至設定充電電流的1/10時，充電結束。

一般在規格書中會有設置充電電流的選項，如下圖所示：

        一般鋰電池充電電流設定在0.2C至1C之間，電流越大，充電越快，同時電池發熱也越大。而且，過大的電流充電，容量不夠滿，因為電池內部的電化學反應需要時間。就跟倒啤酒一樣，倒太快的話會產生泡沫，反而不滿。

　　術語解釋：充放電電流一般用C作參照，C是對應電池容量的數值。電池容量一般用Ah、mAh表示，如M8的電池容量1200mAh，對應的C就是1200mA。0.2C就等於240mA。

　　下面是鋰電池典型充電曲線圖：

三、鋰電池的放電，對電池來說，正常使用就是放電過程

　　鋰電池放電只需要注意很少的幾點：

　　1、放電電流不能過大， 過大的電流導致電池內部發熱，有可能會造成永久性的損害；

　　2、絕對不能過放電！鋰電池最怕過放電，一旦放電 電壓低於2.7V，將可能導致電池報廢。

       下面是一般鋰電池的典型放電曲線圖：

       從典型放電曲線圖上可以看出，電池放電電流越大，放電容量越小，電壓下降更快。

　　所以，一般情況下電池大負荷工作後，減少負荷會出現電壓回升現象，就是所說的“回電”現象。