深度分析：鋰離子電池簡(jiǎn)介

鋰離子電池廣泛用于手機(jī)、筆記本等產(chǎn)品。

1. 鋰離子電池介紹

鋰離子電池是一種二次電池（充電電池），它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來(lái)工作。

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)極處于負(fù)鋰狀態(tài)；放電時(shí)則相反。

鋰離子電池電壓范圍2.8V~4.2V，典型電壓3.7V，低于2.8V或者高于4.2V，電池都會(huì)有損壞風(fēng)險(xiǎn)。

2. 1C和0.1C的概念

電池容量的單位是mAh，C指的是電池充放電的倍率，比如一個(gè)2000mAh的電池，以1C放電指的是放電電流大小為2000mA，0.1C為200mA，充電也是同樣的道理。

3. 鋰離子電池的優(yōu)缺點(diǎn)

鋰離子電池的主要優(yōu)點(diǎn)：

鋰離子電池電壓高，能量密度高；

循環(huán)壽命長(zhǎng)，一般可循環(huán)500，甚至達(dá)到1000次以上；

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10%左右；

可快速充電，1C充電時(shí)容量可以達(dá)到標(biāo)稱的80%；

工作溫度范圍寬，一般為-25~45°C，后面有望突破-40-70°C；

沒(méi)有Ni-Cd、Ni-Mh一樣的記憶效應(yīng)，在充電前不比將剩余電量用完；

相比較Ni-Cd、Ni-Mh來(lái)說(shuō)環(huán)保無(wú)污染（不含鎘，汞等重金屬）；

鋰離子電池的主要缺點(diǎn)：

成本高；

需要加保護(hù)電路板，包括過(guò)充和過(guò)放保護(hù)；

不能大電流放電，一般放電電流在0.5C以下，過(guò)大的電流導(dǎo)致電池內(nèi)部發(fā)熱；

安全性差，容易爆炸、起火。

4. 鋰電池和鋰離子電池的區(qū)別

鋰電池和鋰離子電池是兩個(gè)不同的概念，主要有如下的區(qū)別：

鋰電池的正極材料是二氧化錳或亞硫酰氯，負(fù)極是鋰；

鋰離子電池是以含鋰的化合物作正極的鋰電池，在充放電過(guò)程中，沒(méi)有金屬鋰存在，只有鋰離子；

鋰電池也稱一次鋰電池，可以連續(xù)放電，也可以間歇放電，一旦電能耗盡便不能再用，不能進(jìn)行充電；

鋰離子電池也稱二次鋰電池，可以充放電；

5. 鋰離子電池充電模式

鋰離子電池理想充電模式被稱為CC CV模式，即恒流 恒壓模式。

如下的圖形中，灰色為電池電壓，綠色為充電電流，紅色為電池容量。

在電池電壓低時(shí)，電池以固定的恒定電流進(jìn)行充電，當(dāng)電池電壓達(dá)到4.2V時(shí)，會(huì)由恒流模式切換到恒壓模式，因?yàn)殡姵氐碾妷翰蝗菰S超過(guò)4.2V，所以系統(tǒng)會(huì)逐漸減小充電電流，直到接近于0；當(dāng)電池電壓為4.2V，且充電電流為0，代表電池已充滿電。

鋰離子電池CC CV模式

為了保證電池的絕對(duì)安全，實(shí)際的充電模式會(huì)更細(xì)化，對(duì)于不確定的電池上來(lái)就按照恒流進(jìn)行充電，會(huì)給電池造成更大的損壞。

測(cè)試模式，當(dāng)電池電壓低于2V時(shí)，會(huì)以很小的電流，對(duì)電池進(jìn)行喚醒；

涓流充電，也叫預(yù)充模式，當(dāng)電池電壓處于2V~3V之間時(shí)，會(huì)以恒流充電的1/10或者1/20電流大小進(jìn)行預(yù)充；

恒流充電，當(dāng)電池電壓升至3V以上時(shí)，會(huì)以恒流模式對(duì)電池快速充電；

恒壓充電，當(dāng)電池電壓達(dá)到4.2V時(shí)，會(huì)以恒壓模式對(duì)電池進(jìn)行充電；

像TI的方案，在電池電壓為4.2V，充電電流較低但不為0，約為恒流充電電流的1/10時(shí)，停止充電，這時(shí)候電池電壓會(huì)降低到4.16V或者4.17V；

鋰離子電池充電的三個(gè)階段

6. 為什么鋰離子電池充電截止電壓是4.2V

下圖是電池的循環(huán)壽命和充電截止電壓的關(guān)系圖，在電池最初的周期中，充電到略高的電壓會(huì)得到更高的單周期電量，但只會(huì)存在一小段時(shí)間。

當(dāng)電池的充電電壓比推薦的4.2V最高電壓還要高50mV或100mV時(shí)，由于每個(gè)周期都會(huì)略微過(guò)度充電，因此電池的老化速度會(huì)大大加快。

總結(jié)一句話就是：電池的充電截止電壓高于4.2V，電壓越高，循環(huán)壽命越短，且電池容量下降越快。

鋰離子電池循環(huán)壽命和電池充電截止電壓的關(guān)系

7. 鋰離子電池放電曲線

如下是鋰離子電池在不同放電電流下的放電曲線，可以看出：放電電流越大，電池的容量下降越快，容量越低，電池的標(biāo)稱容量使用越不充分。

電池容量越低時(shí)，電池的內(nèi)阻相應(yīng)會(huì)增加較多，比較大的電流進(jìn)行放電時(shí)，內(nèi)阻增長(zhǎng)得比較快。

鋰離子電池不同放電電流下的放電曲線

從不同溫度下的電池放電曲線可以看出：溫度越低，電池容量下降越快，放電越不充分。

電池的溫度在0度以下，內(nèi)部活性成分很弱，內(nèi)阻會(huì)相應(yīng)地變大；過(guò)高的溫度對(duì)電池也有損壞。

鋰離子電池不同溫度下的放電曲線

8. 鋰離子電池循環(huán)次數(shù)

在實(shí)際中，每當(dāng)累積的放電容量等于設(shè)計(jì)容量時(shí)，則記為循環(huán)一次。

鋰離子電池循環(huán)壽命

國(guó)標(biāo)規(guī)定鋰離子電池的循環(huán)壽命測(cè)試條件及要求： 在25度室溫條件下以1C充電150分鐘，以恒流1C的放電電流放到2.75V截止為一次循環(huán)。

當(dāng)有一次放電時(shí)間小于36分鐘時(shí)試驗(yàn)結(jié)束，循環(huán)次數(shù)必須大于300次。

這個(gè)定義規(guī)定了循環(huán)壽命的測(cè)試是以深充深放方式進(jìn)行的；

規(guī)定了循環(huán)壽命按照這個(gè)模式執(zhí)行后必須超過(guò)300次以后容量仍然有60%以上；

9. 鋰離子電池工作電壓范圍

鋰離子電池的工作電壓有一個(gè)范圍，不同電芯廠家制造會(huì)有所不同，但是差別不大。