原⽂地址:锂电池正确的充电⽅法作者:⽼沈
锂电池已经不是什么新鲜的事了,可是对于他的充电⽅法,⼈们还沿⽤了镍铬电池充电的⽅法,以使锂电池的寿命⼤打折扣,损失很⼤。
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,已⼴泛应⽤于军事和民⽤⼩型电器中,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、数码照相机、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、航空航天和储能⽅⾯得到应⽤。
4、电池的基本性能
(1)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,电极的极化逐渐增⾼。
(2)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。
(3)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。
锂离⼦电池具有以下特征:
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。
锂离⼦电池的使⽤,注意三点:
1、如何为新电池充电
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。因此⽤户新锂电池在激活过程中,是不需要特别的⽅法和设备的。不仅理论上是如此,从我⾃⼰的实践来看,从⼀开始就采⽤标准⽅法充电这种“⾃然激活”⽅式是最好的。
对于锂电池的“激活”问题,众多的说法是:充电时间⼀定要超过12⼩时,反复做三次,以便激活电池。这种“前三次充电要充12⼩时以上”的说法,明显是从镍电池(如镍镉和镍氢)延续下来的说法。所以这种说法,可以说⼀开始就是误传。锂电池和镍电池的充放电特性有⾮常⼤的区别,⽽且可以⾮常明确的告诉⼤家,我所查阅过的所有严肃的正式技术资料都强调过充和过放电会对锂电池、特别是液体锂离⼦电池造成巨⼤的伤害。因⽽充电最好按照标准时间和标准⽅法充电,特别是不要进⾏超过12个⼩时的超长充电。
此外,锂电池或充电器在电池充满后都会⾃动停充,并不存在镍电充电器所谓的持续10⼏⼩时的“涓流”充电。也就是说,如果你的锂电池在充满后,放在充电器上也是⽩充。⽽我们谁都⽆法保证电池的充放电保护电路的特性永不变化和质量的万⽆⼀失,所以你的电池将长期处在危险的边缘徘徊。这也是我们反对长充电的另⼀个理由。
此外在对某些机器上,充电超过⼀定的时间后,如果不去取下充电器,这时系统不仅不停⽌充电,还将开始放电-充电循环。也许这种做法的⼚商⾃有其⽬的,但显然对电池的寿命⽽⾔是不利的。同时,长充电需要很长的时间,往往需要在夜间进⾏,⽽以我国电⽹的情况看,许多地⽅夜间的电压都⽐较⾼,⽽且波动较⼤。前⾯已经说过,锂电池是很娇贵的,它⽐镍电在充放电⽅⾯耐波动的能⼒差得多,于是这⼜带来附加的危险。
此外,不可忽视的另外⼀个⽅⾯就是锂电池同样也不适合过放电,过放电对锂电池同样也很不利。这就引出下⾯的问题。
2、正常使⽤中应该何时开始充电
因为充放电的次数是有限的,所以应该将锂电池的电尽可能⽤光再充电。但是我到⼀个关于锂离⼦电池充放电循环的实验表,关于循环寿命的数据列出如下:
循环寿命 (10%DOD):>1000次
循环寿命 (100%DOD):>200次
其中DOD是放电深度的英⽂缩写。从表中可见,可充电次数和放电深度有关,10%DOD时的循环寿命要⽐100%DOD的要长很多。当然如果折合到实际充电的相对总容量:
10%*1000=100,100%*200=200,后者的完全充放电还是要⽐较好⼀些,在正常情况下,你应该有保留地按照电池剩余电量⽤完再充的原则充电,但假如你的电池在你预计第2天不可能坚持整个⽩天的时候,就应该及时开始充电,当然你如果愿意背着充电器到办公室⼜当别论。
⽽你需要充电以应付预计即将到来的会导致通讯繁忙的重要事件的时候,即使在电池尚有很多余电时,那么你也只管提前充电,因为你并没有真正损失“1”次充电循环寿命,也就是“0.x”次⽽已,⽽且往往这个x会很⼩。
电动车电池充电电池剩余电量⽤完再充的原则并不是要你⾛向极端。和长充电⼀样流传甚⼴的⼀个说法,就
是“尽量把机器的电池的电量⽤完,最好⽤到⾃动关机”。这种做法其实只是镍电池上的做法,⽬的是避免记忆效应发⽣,不幸的是它也在锂电池上流传之今。曾经有⼈因为机器电池电量过低的警告出现后,仍然不充电继续使⽤⼀直⽤到⾃动关机的例⼦。结果这个例⼦中的机器在后来的充电及开机中均⽆反应,不得不送客服检修。这其实就是由于电池因过度放电⽽导致电压过低,以⾄于不具备正常的充电和开机条件造成的。
3、对锂电池的正确做法
归结起来,对锂电池在使⽤中的充放电问题最重要的提⽰是:
a、按照标准的时间和程序充电,即使是前三次也要如此进⾏;
b、当出现机器电量过低提⽰时,应该尽量及时开始充电;
c、锂电池的激活并不需要特别的⽅法,在机器正常使⽤中锂电池会⾃然激活。如果你执意要⽤流传的“前三次12⼩时长充电激活 ”⽅法,实际上也不会有效果。
因此,所有追求12⼩时超长充电和把锂电池⽤到⾃动关机的做法,都是错误的。如果你以前是按照错误的说法做的,请你及时改正,也许为时还不晚。
4、锂电池的缺点
锂电池拍冷,环境温度低于5度时放电就有困难,就好象电未冲⾜⼀样,⼀旦回到环境温度⼤于5度的室内锂电池⼯作就正常了。所以在冬天室外拍摄时要注意锂电池的保暖,可以将锂电池放在⾐服内贴⾝取暖,⽤电线将电引到数码相机内,电池架要事先做好准备。
锂电池怕热,环境温度⼤于100度后,可能爆炸起⽕!在⾼温时也要⼩⼼!
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