锂离子电池的使用与维护

在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。电池一般采用含有锂元素的材料作为电极，是现代高性能电池的代表。锂系电池分为锂电池和锂离子电池。手机和笔记本电脑使用的都是锂离子电池，通常人们俗称其为锂电池，而真正的锂电池由于危险性大，很少应用于日常电子产品。

锂离子电池（Li-ion，Lithium Ion Battery）：锂离子电池具有重量轻、容量大、无记忆效应等优点，因而得到了普遍应用——现在的许多数码设备都采用了锂离子电池作电源，尽管其价格相对来说比较昂贵。锂离子电池的能量密度很高，它的容量是同重量的镍氢电池的1.5~2倍，而且具有很低的自放电率。此外，锂离子电池几乎没有“记忆效应”以及不含有毒物质等优点也是它广泛应用的重要原因。

锂离子电池的使用与维护：

锂离子电池充电

在使用锂电池中应注意的是，电池放置一段时间后则进入休眠状态，此时容量低于正常值，使用时间亦随之缩短。但锂电池很容易激活，只要经过3—5次正常的充放电循环就可激活电池，恢复正常容量。由于锂电池本身的特性，决定了它几乎没有记忆效应。因此用户手机中的新锂电池在激活过程中，是不需要特别的方法和设备的。对锂离子电池充电，应使用专用的锂离子电池充电器。锂离子电池充电采用 “恒流/恒压”方式，先恒流充电，到接近终止电压时改为恒压充电。如一种800mA.h容量的电池，其终止充电电压为4.2V。电池以800mA（充电率为1C）恒流充电，开始时电池电压以较大的斜率上升，当电池电压接近4.2V时，改成4.2V恒压充电，锂电池电流渐降，电压变化不大，到充电电流降为1/10C（约80mA）时，认为接近充满，可以终止充电（有的充电器到10C后启动定时器，过一定时间后结束充电）。不能用充镍镉电池的充电器（充三节镍镉电池的）来充锂离子电池（虽然额定电压一样，都是3.6V），由于充电方式不同，容易造成过充。

（1） 充电电压：充满电时的终止充电电压与电池负极材料有关，焦炭为4.1V，而石墨为4.2V，一般称为4.1V锂离子电池及4.2V锂离子电池。在充电时应注意4.1V的电池不能用4.2V的充电器充电，否则会有过充危险（4.1V与4.2V的充电器所用的充电器IC不同）。锂离子电池对充电的要求是很高的，它要求精密的充电电路以保证充电的安全。终止充电电压精度允差为额定值的±1%（例如，充4.2V的锂离子电池，其允差为±0.042V），过压充电会造成锂离子电池永久性损坏。

（2） 充电电流：锂离子电池充电电流应根据电池生产厂的建议，并要求有限流电路以免发生过流（过热）。一般常用的充电率为0.25～1C，推荐的充电电流为0.5C（C是电池的容量，如标称容量1500mA.h的电池，充电电流0.5*1500=750mA）。在大电流充电时往往要检测电池温度，以防止因过热而损坏电池或产生爆炸。

（3）充电温度：对电池充电时，其环境温度不能超过产品特性表中所列的温度范围。电池应在0～45℃温度范围内进行充电，远离高温（高于60℃）和低温（-20℃）环境。

锂离子电池在充电或放电过程中若发生过充、过放或过流时，会造成电池的损坏或降低使用寿命。为此开发出各种保护元件及由保护IC组成的保护电路，它安装在电池或电池组中，使电池获得完善的保护。但是在使用中应尽可能防止过充电及过放电。例如，手机电池在充电过程中，快充满时应及时与充电器进行分离。放电深度浅时，循环寿命会明显提高。因此在使用时，不要等到手机上出现电池不足的信号时才去充电，更不要在出现此信号时继续使用，尽管出现此信号时还有一部分残余容量可供使用。

锂离子电池放电

放电终止电压：锂离子电池的额定电压为3.6V（有的产品为3.7V），终止放电电压为2.5-2.75V（电池厂给出工作电压范围或给出终止放电电压，各参数略有不同）。电池的放电终止电压不应小于2.5（n是串联的电池数），低于终止放电电压继续放电称为过放，过放会使电池寿命缩短，严重时会导致电池失效。电池不用时，应将电池充电到保有20%的电容量，再进行防潮包装保存，3～6个月检测电压1次，并进行充电，保证电池电压在安全电压值（3V以上）范围内。

放电电流：锂离子电池不适合用作大电流放电，过大电流放电时内部会产生较高的温度而损耗能量，减少放电时间，若电池中无保护元件还会产生过热而损坏电池。因此电池生产工厂给出最大放电电流，在使用中不能超过产品特性表中给出的最大放电电流。

放电温度：不同温度下的放电曲线是不同的。在不同温度下，锂离子电池的放电电压及放电时间也不同，电池应在-20℃到+60℃温度范围内进行放电（工作）。

贮存和运输

锂离子电池可贮存在温度为-5～35℃，相对湿度不大于75%的清洁、干燥、通风的环境中，应避免与腐蚀性物质接触，远离火源及热源，不要置于阳光直射的地方，不能随意拆卸电池。电池若长期贮存，电池电量应保持标称容量的30%～50%，推荐贮存的电池每6个月充电一次。

电池应包装成箱进行运输，在运输过程中应防止剧烈振动、撞击或挤压，防止日晒雨淋，可使用汽车、火车、轮船、飞机等交通工具进行运输。

短路

关于锂离子电池的安全问题，请各位朋友重视。锂离子电池在充电过程中很容易发生短路情况。虽然大多数锂离子电池都带有防短路的保护电路，还有防爆线。但很多情况下，这个电路在各种情况下，不一定会起作用。防爆线能起的作用也很有限。

过充

所有的锂离子电池，包括聚合物锂离子电池、锂铁电池等等，都非常害怕过充。锂离子电池如果充电时间过长，发生的爆炸的可能性就会加大。锂的化学性质非常活泼，很容易燃烧，当电池充放电时，电池内部持续升温，活化过程中所产生的气体膨胀，使电池内压加大。压力达到一定程度，如外壳有伤痕，即会破裂，引起漏液、起火，甚至爆炸。所以，大家在使用锂离子电池的时候要非常注意安全。

充电注意事项

锂离子电池过度充放电会对正负极造成永久性损坏。过度放电导致负极碳片层结构出现塌陷，而塌陷会造成充电过程中锂离子无法插入；过度充电使过多的锂离子嵌入负极碳结构，而造成其中部分锂离子再也无法释放出来。充电量等于充电电流乘以充电时间，在充电控制电压一定的情况下，充电电流越大（充电速度越快），充电电量越小。电池充电速度过快和终止电压控制点不当，同样会造成电池容量不足，实际是电池的部分电极活性物质没有得到充分反应就停止充电，这种充电不足的现象随着循环次数的增加而加剧。

锂离子电池的安全特性：

对于锂离子电池安全性能的考核指标，国际上规定了非常严格的标准，一只合格的锂离子电池在安全性能上应该满足以下条件：

（1）短路：不起火，不爆炸

（2）过充电：不起火，不爆炸

（3）热箱试验：不起火，不爆炸（150℃恒温10min）

（4）针剌：不爆炸（用Ф3mm钉穿透电池）

（5）平板冲击：不起火，不爆炸（10kg重物自1M高处砸向电池）

锂离子电池的优点：

（1）电压高单体电池的工作电压高达3.7-3.8V（磷酸铁锂的是3.2V），是Ni-Cd、Ni-MH电池的3倍。

（2）比能量大能达到的实际比能量为555Wh/kg左右，即材料能达到150mAh/g以上的比容量（3--4倍于Ni-Cd，2--3倍于Ni-MH），已接近于其理论值的约88%。

（3）循环寿命长一般均可达到500次以上，甚至1000次以上，磷酸铁锂的可以达到2000次以上。对于小电流放电的电器，电池的使用期限，将倍增电器的竞争力。

（4）安全性能好无公害，无记忆效应。作为Li-ion前身新型锂离子电池的锂电池，因金属锂易形成枝晶发生短路，缩减了其应用领域：Li-ion中不含镉、铅、汞等对环境有污染的元素：部分工艺（如烧结式）的Ni-Cd电池存在的一大弊病为“记忆效应”，严重束缚电池的使用，但Li-ion根本不存在这方面的问题。

（5）自放电小室温下充满电的Li-ion储存1个月后的自放电率为2%左右，大大低于Ni-Cd的25-30%，Ni-MH的30-35%。

（6）快速充电1C充电30分钟容量可以达到标称容量的80%以上，磷铁电池可以达到10分钟充电到标称容量的90%。

（7）工作温度工作温度为-25~45°C，随着电解液和正极的改进，期望能扩宽到-40~70°C。

（6）焚烧：不爆炸（煤气火焰烧烤电池）

锂离子电池的缺点：

（1）衰老：与其它充电电池不同，锂离子电池的容量会缓慢衰退，与使用次数有关，也与温度有关。这种衰退的现象可以用容量减小表示，也可以用内阻升高表示。因为与温度有关，所以在工作电流高的电子产品更容易体现。用钛酸锂取代石墨似乎可以延长寿命。 储存温度与容量永久损失速度的关系：

（2）回收率：大约有1%的出厂新品因种种原因需要回收。

（3）不耐受过充：过充电时，过量嵌入的锂离子会永久固定于晶格中，无法再释放，可导致电池寿命短。

（4）不耐受过放：过放电时，电极脱嵌过多锂离子，可导致晶格坍塌，从而缩短寿命。