鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:3641次 | 2021年03月25日
鋰離子電池的充放電原理是什么?
1鋰離子電池的充放電原理
目前鋰離子電池公認(rèn)的基本原理是所謂的"搖椅理論"。鋰離子電池的充放電不是通過(guò)傳統(tǒng)的方式實(shí)現(xiàn)電子的轉(zhuǎn)移,而是通過(guò)鋰離子在層狀物質(zhì)的晶體中的出入,發(fā)生能量變化。在正常充放電情況下,鋰離子的出入一般只引起層間距的變化,而不會(huì)引起晶體結(jié)構(gòu)的破壞,因此從充放電反映來(lái)講,鋰離子電池是一種理想的可逆電池。在充放電時(shí)鋰離子在電池正負(fù)極往返出入,正像搖椅相同在正負(fù)極間搖來(lái)?yè)u去,故有人將鋰離子電池形象稱為搖椅池。
電池由正極鋰化合物、中間的電解質(zhì)膜及負(fù)極碳組成。當(dāng)電池充電時(shí),鋰離子從正極中脫嵌,在負(fù)極中嵌入,放電時(shí)反之。一般采用嵌鋰過(guò)渡金屬氧化物做正極,如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4。做為負(fù)極的材料則選擇電位盡可能接近鋰電位的可嵌入鋰化合物,如各種碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纖維、中間相小球碳素等和金屬氧化物,包括SnO、SnO2、錫復(fù)合氧化物SnBxPyOz等。
2鋰離子電池充放電對(duì)壽命的影響
鋰離子電池每一個(gè)充電放電過(guò)程,稱為一個(gè)充電循環(huán)。鋰離子電池從工作開(kāi)始,每個(gè)循環(huán)后的容量都會(huì)出現(xiàn)輕微下降,這是由電池的電極材料的性質(zhì)決定的。
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%
按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),當(dāng)容量下降到額定容量的60%時(shí),即認(rèn)為電池壽命結(jié)束。通常鋰離子電池壽命不小于500次循環(huán),就是指500次充電循環(huán)后,容量不小于額定容量的60%。依一般的電池使用三天一充。這樣電池的壽命應(yīng)在4年。鋰離子電池的最佳使用環(huán)境溫度在10℃30℃之間,在這個(gè)范圍內(nèi)使用,對(duì)手機(jī)電池的工作性能和使用壽命都比較好,在過(guò)冷或過(guò)熱的環(huán)境中使用,都不利于手機(jī)電池發(fā)揮出最大效能,不會(huì)達(dá)到最長(zhǎng)的通話或待機(jī)時(shí)間。盡量防止手機(jī)在0℃以下和40℃以上使用,在這個(gè)環(huán)境溫度下,你會(huì)發(fā)現(xiàn)手機(jī)待機(jī)時(shí)間明顯縮短,電池電量下降很快,長(zhǎng)期這樣使用,電池的壽命也會(huì)大大縮短。同理,在給鋰離子電池充電時(shí),環(huán)境溫度也不宜過(guò)高或過(guò)低。溫度過(guò)低會(huì)導(dǎo)致充電時(shí)間延長(zhǎng);溫度過(guò)高影響電池的使用壽命。
超常時(shí)間充電和完全用空電量會(huì)造成過(guò)度充電和過(guò)度放電,將對(duì)鋰離子電池的正負(fù)極造成永久的損壞,從分子層面看,過(guò)度放電將導(dǎo)致負(fù)極碳過(guò)度釋出鋰離子而使得其片層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塌陷,過(guò)度充電將把太多的鋰離子硬塞進(jìn)負(fù)極碳結(jié)構(gòu)里去,而使得其中一些鋰離子再也無(wú)法釋放出來(lái)。
這也是鋰離子電池為何通常配有充放電的控制電路的原因。鋰離子電池一般都帶有管理芯片和充電控制芯片。其中管理芯片中有一系列的寄存器,存有容量、溫度、ID、充電狀態(tài)、放電次數(shù)等數(shù)值。這些數(shù)值在使用中會(huì)逐漸變化。使用說(shuō)明中的"使用一個(gè)月左右應(yīng)該全充放一次"的做法重要的用途應(yīng)該就是修正這些寄存器里不當(dāng)?shù)闹担沟秒姵氐某潆娍刂坪蜆?biāo)稱容量吻合電池的實(shí)際情況。
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