锂电池特点 锂电池充电

锂电池特点锂电池充电

锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。最早出现的锂电池来自于伟大的发明家爱迪生。

锂电池-锂电池

锂电池

锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。最早出现的锂电池来自于伟大的发明家爱迪生。

由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。所以，锂电池长期没有得到应用。

随着二十世纪微电子技术的发展，小型化的设备日益增多，对电源提出了很高的要求。锂电池随之进入了大规模的实用阶段。

最早得以应用于心脏起搏器中。由于锂电池的自放电率极低，放电电压平缓。使得起搏器植入人体长期使用成为可能。

锂电池一般有高于3.0伏的标称电压，更适合作集成电路电源。二氧化锰电池，就广泛用于计算机，计算器，照相机、手表中。

为了开发出性能更优异的品种，人们对各种材料进行了研究。从而制造出前所未有的产品。比如，锂二氧化硫电池和锂亚硫酰氯电池就非常有特点。它们的正极活性物质同时也是电解液的溶剂。这种结构只有在非水溶液的电化学体系才会出现。所以，锂电池的研究，也促进了非水体系电化学理论的发展。除了使用各种非水溶剂外，人们还进行了聚合物薄膜电池的研究。

1992年Sony成功开发锂离子电池。它的实用化，使人们的移动电话、笔记本电脑等便携式电子设备重量和体积大大减小。使用时间大大延长。由于锂离子电池中不含有重金属铬，与镍铬电池相比，大大减少了对环境的污染。

1、锂离子电池

锂离子电池目前由液态锂离子电池(LIB)和聚合物锂离子电池(PLB)两类。其中，液态锂离子电池是指Li+嵌入化合物为正、负极的二次电池。正极采用锂化合物LiCoO2或LiMn2O4，负极采用锂-碳层间化合物。锂离子电池由于工作电压高、体积小、质量轻、能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长，是21世纪发展的理想能源。

2、锂离子电池发展简史

锂电池和锂离子电池是20世纪开发成功的新型高能电池。这种电池的负极是金属锂，正极用MnO2，SOCL2，(CFx)n等。70年代进入实用化。因其具有能量高、电池电压高、工作温度范围宽、贮存寿命长等优点，已广泛应用于特种和民用小型电器中，如移动电话、便携式计算机、摄像机、照相机等、部分代替了传统电池。

3、锂离子电池发展前景

锂离子电池以其特有的性能优势已在便携式电器如手提电脑、摄像机、移动通讯中得到普遍应用。目前开发的大容量锂离子电池已在电动汽车中开始试用，预计将成为21世纪电动汽车的主要动力电源之一，并将在人造卫星、特种航天和储能方面得到应用。

4、电池的基本性能

(1)电池的开路电压

(2)电池的内阻

(3)电池的工作电压

(4)充电电压

充电电压是指二次电池在充电时，外电源加在电池两端的电压。充电的基本方法有恒电流充电和恒电压充电。一般采用恒电流充电，其特点时在充电过程中充电电流恒定不变。随着充电的进行，活性物质被恢复，电极反应面积不断缩小，电机的极化逐渐增高。

(5)电池容量

电池容量是指从电池获得电量的量，常用C表示，单位常用Ah或mAh表示。容量是电池电性能的重要指标。电池的容量通常分为理论容量、实际容量和额定容量。

电池容量由电极的容量决定，若电极的容量不等，电池的容量取决于容量小的那个电极，但决不是正负极容量之和。

(6)电池的贮存性能和寿命

化学电源的主要特点之一是在使用时能够放出电能，不用时能贮存电能。所谓贮存性能对于二次电池来说为充电保持能力。

对于二次电池，使用寿命时衡量电池性能好坏的一个重要参数。二次电池经过一次充电和放电，称为一个周期（或已此循环）。在一定的充放电制度下，电池容量达到某一规定值之前电池能经受的充放电次数称为二次电池的使用周期。锂离子电池具有优良的贮存性能和长的循环寿命。

锂电池-特征

A.高能量密度

锂离子电池的重量是相同容量的镍镉或镍氢电池的一半，体积是镍镉的40-50%，镍氢的20-30%。

B.高电压

一个锂离子电池单体的工作电压为3.7V(平均值)，相当于三个串联的镍镉或镍氢电池。

C.无污染

锂离子电池不含有诸如镉、铅、汞之类的有害金属物质。

D.不含金属锂

锂离子电池不含金属锂，因而不受飞机运输关于禁止在客机携带锂电池等规定的限制。

E.循环寿命高

在正常条件下，锂离子电池的充放电周期可超过500次。

F.无记忆效应

记忆效应是指镍镉电池在充放电循环过程中，电池的容量减少的现象。锂离子电池不存在这种效应。

G.快速充电

使用额定电压为4.2V的恒流恒压充电器可以使锂离子电池在一至两个小时内得到满充。

锂电池-锂电池原理和结构

1、锂离子电池的结构与工作原理：所谓锂离子电池是指分别用二个能可逆地嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正负极构成的二次电池。人们将这种靠锂离子在正负极之间的转移来完成电池充放电工作的，独特机理的锂离子电池形象地称为“摇椅式电池”，俗称“锂电”。以LiCoO2为例：⑴电池充电时，锂离子从正极中脱嵌，在负极中嵌入，放电时反之。这就需要一个电极在组装前处于嵌锂状态，一般选择相对锂而言电位大于3V且在空气中稳定的嵌锂过渡金属氧化物做正极，如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiFePO4。⑵为负极的材料则选择电位尽可能接近锂电位的可嵌入锂化合物，如各种碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纤维、中间相小球碳素等和金属氧化物，包括SnO、SnO2、锡复合氧化物SnBxPyOz(x=0.4～0.6，y=0.6～0.4，z=(2＋3x＋5y)/2)等。

锂电池

2、电池一般包括：正极（positive）、负极（negative）、电解质（electrolyte）、隔膜（separator）、正极引线（positivelead）、负极引线（negativeplate）、中心端子、绝缘材料（insulator）、安全阀（safetyvent）、密封圈（gasket）、PTC（正温度控制端子）、电池壳。一般大家较关心正极、负极、电解质。

锂电池

锂电池-离子电池结构比较

按正极材料不同分为铁锂、钴锂、锰锂等；

从外形分类一般分圆柱形和方形，而聚合物锂离子还可制成任意形状；

根据锂离子电池所用电解质材料不同，锂离子电池可以分为液态锂离子电池(lithiumionbattery,简称为LIB)和固态锂离子电池两大类，聚合物锂离子电池(polymerlithiumionbattery,简称为PLIB)属于固态锂离子电池中的一种。

电解质

壳体/包装隔膜集流体

液态锂离子电池液态不锈钢、铝25μPE铜箔和铝箔聚合物锂离子电池胶体聚合物铝/PP复合膜没有隔膜或个μPE铜箔和铝箔

锂电池-锂离子电池的性能

１、高能量密度

与同等容量的ＮＩ／ＣＤ或ＮＩ／ＭＨ电池相比，锂离子电池的重量轻，其体积比能量是这两类电池的１.５～２倍。

２、高电压

锂离子电池使用高电负性的含元素锂电极，使其端电压高达３.７Ｖ，这一电压是ＮＩ／ＣＤ或ＮＩ／ＭＨ电池电压的３倍。

３、无污染，环保型

４、循环寿命长

寿命超过５００次

５、高负载能力

锂离子电池可以大电流连续放电，从而使这种电池可被应用于摄象机、手提电脑等大功率用电器上。

６、优良的安全性

由于使用优良的负极材料，克服了电池充电过程中锂枝晶的生长问题，使得锂离子电池的安全性大大提高。同时采用特殊的可恢复配件，保证了电池在使用过程中的安全性。

锂电池-锂离子电池充电方法

方法一、锂离子电池出厂前，厂家都进行了激活处理，并进行了预充电，因此锂离子电池均有余电，锂离子电池按照调整期时间充电，这种调整期需进行3~5次完全充放电。

方法二、充电前，锂离子电池不需要专门放电，放电不当反而会损坏电池。充电时尽量以慢充充电，减少快充方式;时间不要超过24小时。电池经过三至五次完全充放电循环后其内部的化学物质才会被全部“激活”达到最佳使用效果。

方法三、请使用原厂或声誉较好的品牌的充电器，锂电池要用锂电池专用充电器，并遵照指示说明，否则会损坏电池，甚至发生危险。

方法四、新买的电池是锂离子，那么前3~5次充电一般称为调整期，应充14小时以上，以保证充分激活锂离子的活性。锂离子电池没有记忆效应，但有很强的隋性，应给予充分激活后，才能保证以后的使用能达到最佳效能。

方法五、锂离子电池必须选用专用充电器，否则可能会达不到饱和状态，影响其性能发挥。充电完毕后，应避免放置在充电器上超过12小时以上，长期不用时应使电池和移动电子产品分离开来。

锂电池-应用

随着二十世纪微电子技术的发展，小型化的设备日益增多，对电源提出了很高的要求。锂电池随之进入了大规模的实用阶段。

最早得以应用于心脏起搏器中。由于锂电池的自放电率极低，放电电压平缓。使得起搏器植入人体长期使用成为可能。

锂电池一般有高于3.0伏的标称电压，更适合作集成电路电源。二氧化锰电池，就广泛用于计算机，计算器，照相机、手表中。

应用举例

1、作电池组维修代换品有许多电池组：如笔记本电脑上用的那种，经维修发现，此电池组损坏时仅是个别电池有问题。可以选用合适的单节锂电池进行更换。

2、制作高亮微型电筒笔者曾用单节3.6V1.6AH锂电池配合一个白色超高亮度发光管做成一只微型电筒，使用方便，小巧美观。而且由于电池容量大，平均每晚使用半小时，至今已用两个多月仍无需充电。

3、代替3V电源

由于单节锂电池电压为3.6V。因此仅需一节锂电池便可代替两节普通电池，给收音机、随身听、照相机等小家电产品供电，不仅重量轻，而且连续使用时间长。

锂离子电池负极材料-钛酸锂

可与锰酸锂、三元材料或磷酸铁锂等正极材料组成2.4V或1.9V的锂离子二次电池.此外，它还可以用作正极，与金属锂或锂合金负极组成1.5V的锂二次电池。

由于钛酸锂的高安全性、高稳定性、长寿命和绿色环保的特点。可以预见：钛酸锂材料在2-3年后，一定会成为新一代锂离子电池的负极材料而被广泛应用在新能源汽车、电动摩托车和要求高安全性、高稳定性和长周期的应用领域。钛酸锂电池工作电压2.4V，最高电压3.0V，充电电流大达2C。

钛酸锂电池组成

正极：磷酸铁锂、锰酸锂或三元材料、镍锰酸锂。

负极：钛酸锂材料。

隔膜：现在以碳作负极的锂电池隔膜。

电解液：以碳作负极的锂电池电解液。

电池壳：以碳作负极的锂电池壳。

钛酸锂电池的优点：采用电动车辆取代燃油车辆是解决城市环境污染的最佳选择，其中锂离子动力电池引起了研究者的广泛关注.为了满足电动车辆对车载锂离子动力电池的要求，研制安全性高、倍率性能好且长寿命的负极材料是其热点和难点。

商业化的锂离子电池负极主要采用碳材料，但以碳做负极的锂电池在应用上仍存在一些弊端：

1、过充电时易析出锂枝晶，造成电池短路，影响锂电池的安全性能;

2、易形成SEI膜而导致首次充放电效率较低，不可逆容量较大;

3、即碳材料的平台电压较低(接近于金属锂)，并且容易引起电解液的分解,从而带来安全隐患。

4、在锂离子嵌入、脱出过程中体积变化较大，循环稳定性差。

与碳材料相比，尖晶石型的Li4Ti5012具有明显的优势：

1、它为零应变材料，循环性能好；

2、放电电压平稳，而且电解液不致发生分解，提高锂电池安全性能；

3、与炭负极材料相比，钛酸锂具有高的锂离子扩散系数(为2*10-8cm2/s)，可高倍率充放电等。

4、钛酸锂的电势比纯金属锂的高，不易产生锂晶枝，为保障锂电池的安全提供了基础。

保护电路

由两个场效应管和专用保护集成块S--8232组成，过充电控制管FET2和过放电控制管FET1串联于电路，由保护IC监视电池电压并进行控制，当电池电压上升至4.2V时，过充电保护管FET1截止，停止充电。为防止误动作，一般在外电路加有延时电容。当电池处于放电状态下，电池电压降至2.55V时，过放电控制管FET1截止，停止向负载供电。过电流保护是在当负载上有较大电流流过时，控制FET1使其截止，停止向负载放电，目的是为了保护电池和场效应管。过电流检测是利用场效应管的导通电阻作为检测电阻，监视它的电压降，当电压降超过设定值时就停止放电。在电路中一般还加有延时电路，以区分浪涌电流和短路电流。该电路功能完善，性能可靠，但专业性强，且专用集成块不易购买，业余爱好者不易仿制。

充电电路

现在有不少商家出售不带充电板的单节锂电池。其性能优越，价格低廉，可用于自制产品及锂电池组的维修代换，因而深受广大电子爱好者喜爱。有兴趣的读者可参照图二制作一块充电板。其原理是：采用恒定电压给电池充电，确保不会过充。输入直流电压高于所充电池电压3伏即可。R1、Q1、W1、TL431组成精密可调稳压电路，Q2、W2、R2构成可调恒流电路，Q3、R3、R4、R5、LED为充电指示电路。随着被充电池电压的上升，充电电流将逐渐减小，待电池充满后R4上的压降将降低，从而使Q3截止，LED将熄灭，为保证电池能够充足，请在指示灯熄灭后继续充1—2小时。使用时请给Q2、Q3装上合适的散热器。本电路的优点是：制作简单，元器件易购，充电安全，显示直观，并且不会损坏电池．通过改变W1可以对多节串联锂电池充电，改变W２可以对充电电流进行大范围调节。缺点是：无过放电控制电路。

锂电池-总结

由于聚合物锂离子电池使用了胶体电解质不会象液体电液泄露，所以装配很容易，使得整体电池很轻、很薄。也不会产生漏液与燃烧爆炸等安全上的问题，因此可以用铝塑复合薄膜制造电池外壳，从而可以提高整个电池的比容量；聚合物锂离子电池还可以采用高分子作正极材料，其质量比能量将会比目前的液态锂离子电池提高50％以上。此外,聚合物锂离子电池在工作电压、充放电循环寿命等方面都比液态锂离子电池有所提高。基于以上优点，聚合物锂离子电池被誉为下一代锂离子电池。

锂离子电池内部成螺旋型结构，正极与负极之间由一层具有许多细微小孔的薄膜纸隔开。锂离子电池的正极采用钴酸锂，正极集流体是铝箔；负极采用碳，负极集流体是铜箔，锂离子电池的电解液是溶解了LiPF6的有机体。锂离子电池盖帽上有防爆孔，在内部压力过大的情况下，防爆孔会自动打开泄压，以防止出现爆炸的现象。

电动自行车用的锂电池

许多用户上下班走同一条路，电池组只有一侧日照，如果行驶速度太慢可能受热不均。日照条件下如果电池组受热不均，就可能有的电池温度高有的温度低。温度高的电池容量大，低的容量小。长期这样使用电池组会失衡，严重影响动力电池组的效率与安全。另外，电池组在充放电过程中的过充电、过放电、电流过大、温度过高等现象会加剧电池间特性的差异，从而引起单节锂电池之间容量、电压等性能的不平衡，最终导致电池组整体特性的急剧衰退和部分电池的加速损坏。

它冬天也怕晒！电池散热需要行驶时的气流来帮忙，速度越快气流越强。电动自行车用的电池组一般只有串联没有并联，这就只能用定期单独充放电来平衡。

比较

铅酸蓄电池也有平衡问题，但由于其寿命较短，所以问题不突出。