锂电池基本原理与充电放电机制详解
锂电池基本原理与充电放电机制详解
锂电池作为现代生活中不可或缺的能源存储设备，其充电和放电机制一直是人们关注的重点。本文将从锂电池的基本原理出发，详细解析其充电和放电过程，并介绍日常使用中的一些注意事项。
锂电池基本原理
锂离子电池自1990年问世以来，因其卓越的性能得到了迅猛的发展，并广泛应用于移动电话、笔记本电脑、小型摄像机等领域。目前锂电池公认的基本原理是所谓的“摇椅理论”。锂电池的充放电不是通过传统的方式实现电子的转移，而是通过锂离子在层状物质的晶体中的出入，发生能量变化。在正常充放电情况下，锂离子的出入一般只引起层间距的变化，而不会引起晶体结构的破坏，因此从充放电反应来讲，锂离子电池是一种理想的可逆电池。
锂电池日常使用中的常见误区
误区一：“电池激活，前三次充电12小时以上”
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。这种说法，可以说一开始就是误传。经过抽样调查，可以看出有相当一部分人混淆了两种电池的充电方法。锂电池和镍电池的充放电特性有非常大的区别，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。
误区二：不益长时间充电、电池完全用完再充电
锂电池的手机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。如果锂电池在充满后，放在充电器上也是不再充电。超常时间充电和完全用空电量会造成过度充电和过度放电，将对锂离子电池的正负极造成永久的损坏。
电池寿命
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(DOD是放电深度的英文缩写)：
- 循环寿命 (10％DOD)：> 1000次
- 循环寿命 (100％DOD)：> 200次
从上面数据可见，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。但是锂电池的寿命主要体现在充放电周期上，这个周期是一个绝对概念，上次使用了30％电力，充满电，下次又使用了70％的电力，又充满电，这个刚好是一个充电周期。所以还是遵循锂电池发明者的口号“即用即充，即充即用”的方法使用锂电池。
定期深度充放电进行电池校准
锂离子电池一般都带有管理芯片和充电控制芯片。其中管理芯片中有一系列的寄存器，存有容量、温度、ID 、充电状态、放电次数等数值。这些数值在使用中会逐渐变化。使用说明中的“使用一个月左右应该全充放一次”的做法主要的作用应该就是修正这些寄存器里不当的值。
锂电池的充电方式
锂电池的充电方式是限压恒流方式，主要分三步完成：
- 第一步：判断电压<3V，要先进行预充电，0.05C电流；
- 第二步：判断 3V<电压<4.2V，恒流充电0.2C~1C电流；
- 第三步：判断电压>4.2V，恒压充电，电压为4.20V，电流随电压的增加而减少，直到充满。
充电开始时，应先检测待充电电池的电压，如果电压低于3V，要先进行预充电，充电电流为设定电流的1/10，一般选0.05C左右。电压升到3V后，进入标准充电过程。标准充电过程为：以设定电流进行恒流充电，电池电压升到4.20V时，改为恒压充电，保持充电电压为4.20V。此时，充电电流逐渐下降，当电流下降至设定充电电流的1/10时，充电结束。
一般锂电池充电电流设定在0.2C至1C之间，电流越大，充电越快，同时电池发热也越大。而且，过大的电流充电，容量不够满，因为电池内部的电化学反应需要时间。就跟倒啤酒一样，倒太快的话会产生泡沫，反而不满。
术语解释：充放电电流一般用C作参照，C是对应电池容量的数值。电池容量一般用Ah、mAh表示，如M8的电池容量1200mAh，对应的C就是1200mA。0.2C就等于240mA。
下面是锂电池典型充电曲线图：
锂电池的放电
锂电池放电只需要注意很少的几点：
- 放电电流不能过大，过大的电流导致电池内部发热，有可能会造成永久性的损害；
- 绝对不能过放电！锂电池最怕过放电，一旦放电电压低于2.7V，将可能导致电池报废。
下面是一般锂电池的典型放电曲线图：
从典型放电曲线图上可以看出，电池放电电流越大，放电容量越小，电压下降更快。所以，一般情况下电池大负荷工作后，减少负荷会出现电压回升现象，就是所说的“回电”现象。