鉅大LARGE | 點擊量：983次 | 2019年08月26日
鋰離子電池應(yīng)用與特性以及充電方式和設(shè)計充電器實例
前言
便攜式電子產(chǎn)品皆以電池作為電源。隨著便攜式產(chǎn)品的迅速發(fā)展，各種電池的用量大增，并且開發(fā)出許多新型電池。除大家較熟悉的堿性電池、可充電的鎳鎘電池、鎳氫電池外，還有近年來成為主流的鋰離子電池。這里會介紹有關(guān)鋰離子電池的相關(guān)知識，包括它的特性、主要參數(shù)、應(yīng)用范圍，最后并提供鋰離子電池充電線路之設(shè)計參考。
鋰離子電池發(fā)展與應(yīng)用
鋰離子電池是目前應(yīng)用最為廣泛的可再次充電式電池，它根據(jù)不同的電子產(chǎn)品的要求可以做成扁平長方形、圓柱形、長方形及扣式，可以單節(jié)電池使用于低功率應(yīng)用，也可以將多節(jié)電池進行串并聯(lián)組合得到更高電壓與容量，用于電動工具與筆記型計算機。鋰離子電池中的電解液可以是凝膠體、聚合物(鋰離子/鋰聚合物電池)、或凝膠體與聚合物的混合物。因為目前尚未發(fā)現(xiàn)能夠在室溫條件下有效運送鋰離子的聚合物，所以大多數(shù)的鋰離子/鋰聚合物電池實際上是結(jié)合凝膠體和聚合物的混合型電池。
鋰離子電池有別于一般的化學(xué)電池，其充放電工作過程是通過電池正負極中鋰離子的嵌入和脫嵌來實現(xiàn)的，當(dāng)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)過電解液移動到負極。而作為負極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，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(dāng)對電池進行放電時，嵌在負極碳層中的鋰離子脫出，又移動回正極。回正極的鋰離子越多，放電容量越高。我們通常所說的電池容量指的就是放電容量。在充放電過程中，鋰離子處于從正極到負極到正極的循環(huán)運動狀態(tài)。由于鋰離子電池中使用的是離子狀態(tài)的鋰而非金屬鋰，危險性低，安全性高。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
電池特性
電池的性能參數(shù)主要有電動勢、容量、比能量和電阻。電動勢等于單位正電荷由負極通過電池內(nèi)部移到正極時，電池非靜電力(化學(xué)力)所做的功。電動勢取決于電極材料的化學(xué)性質(zhì)，與電池的大小無關(guān)。電池所能輸出的總電荷量為電池的容量，通常用安培小時作單位。
在電池反應(yīng)中，每公斤反應(yīng)物質(zhì)所產(chǎn)生的電能稱為電池的理論比能量。所謂比能量指的是單位重量或單位體積中所儲存的能量，以Wh/kg或Wh/L來表示。Wh是能量的單位，W是瓦、h是小時；kg是千克(重量單位)，L是升(體積單位)。電池的實際比能量要比理論比能量小。因為電池中的反應(yīng)物并不全按電池反應(yīng)進行，同時電池內(nèi)阻也會引起電壓降。另一方面，電流流過電池的截面積越大，其內(nèi)阻越小。鋰離子電池的最大特點是比能量高，現(xiàn)今的鋰離子電池技術(shù)可達到比能量為80~120wh/kg，而傳統(tǒng)鉛酸電池的比能量僅為30~40wh/kg，因此鋰離子電池可以以較小體積儲存更高能量，有助于講求輕薄短小的行動電子裝置與要求高續(xù)航力的電動車應(yīng)用。
以下亦列出鋰離子電池的幾項特點：高容量：鋰離子電池的重量是相同容量的鎳鎘或鎳氫電池的一半，體積是鎳鎘的20-30%，鎳氫的35-50%。
●高電壓：一個鋰離子電池單體的工作電壓為3.7V(標稱值)，相當(dāng)于三個串聯(lián)的鎳鎘或鎳氫電池。
●高穩(wěn)定：由于不含金屬鋰，危險性低，因而不受飛機運輸關(guān)于禁止在客機攜帶規(guī)定的限制。
●長壽命：可充電鋰離子電池充電全滿時、電壓約為4.2伏特，放電時電壓會下降、但不宜低于約2.5伏特，保存電壓或出廠電壓約為3.6至3.7伏特。使用壽命主要關(guān)鍵為充電次數(shù)，優(yōu)良的可充電鋰離子電池約有500次以上的壽命(由2.5伏特充電至4.2伏特算一次)，且鋰離子電池不存在記憶效應(yīng)。
●快速充電：使用額定電壓為4.2V的定電壓/定電流充電器，可以使鋰離子電池在1~2.5個小時內(nèi)就充滿電。但須注意如果充電電壓超過4.3伏特以上，有爆炸的危險。電池電壓低于2.0伏特，則鋰離子電池損毀，無法再使用或充電。
電池充電方式
由以上可以知道，鋰離子電池雖然具有高容量與長壽命的優(yōu)勢，但是在充放電方面則需特別注意，因此所有可充電鋰離子電池都需要配置其“充放電管理IC”，用以限制充電及放電電壓，以確保不超過安全電壓致電池爆炸，當(dāng)電池電壓低于2.5V切斷輸出，避免電池壽命縮短。除少數(shù)標準品之外，多數(shù)鋰離子電池體積外型各異，以實際應(yīng)用為主，容量規(guī)格也不盡相同，因此充電電流由各制造廠商自行設(shè)計規(guī)范。依據(jù)電流大小而有所謂快充或慢充模式；然大電流的充電模式通常有損使用壽命。雖然電池組中已包含有充電管理IC，但此僅作為電池爆炸或防止燃燒的最低保護措施，而非正常的使用方式，為充分達到電池的壽命與效率，充電器的設(shè)計仍需離此一上下限甚遠。
