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(huì)介紹有關(guān)鋰離子電池的相關(guān)知識(shí)，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(jì)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(zhǎng)方形、圓柱形、長(zhǎng)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(jìn)行串并聯(lián)組合得到更高電壓與容量，用于電動(dòng)工具與筆記型計(jì)算機(jī)。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?yàn)槟壳吧形窗l(fā)現(xiàn)能夠在室溫條件下有效運(yùn)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(shí)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(fù)極中鋰離子的嵌入和脫嵌來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí)，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(dòng)到負(fù)極。而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，達(dá)到負(fù)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(duì)電池進(jìn)行放電時(shí)，嵌在負(fù)極碳層中的鋰離子脫出，又移動(dòng)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(fù)極到正極的循環(huán)運(yùn)動(dòng)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(xiǎn)性低，安全性高。

電池特性

電池的性能參數(shù)主要有電動(dòng)勢(shì)、容量、比能量和電阻。電動(dòng)勢(shì)等于單位正電荷由負(fù)極通過電池內(nèi)部移到正極時(shí)，電池非靜電力(化學(xué)力)所做的功。電動(dòng)勢(shì)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(shí)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(chǔ)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(shí)；kg是千克(重量單位)，L是升(體積單位)。電池的實(shí)際比能量要比理論比能量小。因?yàn)殡姵刂械姆磻?yīng)物并不全按電池反應(yīng)進(jìn)行，同時(shí)電池內(nèi)阻也會(huì)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(diǎn)是比能量高，現(xiàn)今的鋰離子電池技術(shù)可達(dá)到比能量為80~120wh/kg，而傳統(tǒng)鉛酸電池的比能量?jī)H為30~40wh/kg，因此鋰離子電池可以以較小體積儲(chǔ)存更高能量，有助于講求輕薄短小的行動(dòng)電子裝置與要求高續(xù)航力的電動(dòng)車應(yīng)用。

以下亦列出鋰離子電池的幾項(xiàng)特點(diǎn)：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(gè)鋰離子電池單體的工作電壓為3.7V(標(biāo)稱值)，相當(dāng)于三個(gè)串聯(lián)的鎳鎘或鎳氫電池。

●高穩(wěn)定：由于不含金屬鋰，危險(xiǎn)性低，因而不受飛機(jī)運(yùn)輸關(guān)于禁止在客機(jī)攜帶規(guī)定的限制。

●長(zhǎng)壽命：可充電鋰離子電池充電全滿時(shí)、電壓約為4.2伏特，放電時(shí)電壓會(huì)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(gè)小時(shí)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(xiǎn)。電池電壓低于2.0伏特，則鋰離子電池?fù)p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(zhǎng)壽命的優(yōu)勢(shì)，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(biāo)準(zhǔn)品之外，多數(shù)鋰離子電池體積外型各異，以實(shí)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(jì)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(hù)措施，而非正常的使用方式，為充分達(dá)到電池的壽命與效率，充電器的設(shè)計(jì)仍需離此一上下限甚遠(yuǎn)。