锂离子电池简介
锂离子电池广泛用于手机、笔记本等产品。
文章目录
- 1. 锂离子电池介绍
- 2. 1C和0.1C的概念
- 3. 锂离子电池的优缺点
- 4. 锂电池和锂离子电池的区别
- 5. 锂离子电池充电模式
- 6. 为什么锂离子电池充电截止电压是4.2V
- 7. 锂离子电池放电曲线
- 8. 锂离子电池循环次数
- 9. 锂离子电池工作电压范围
- 参考内容
1. 锂离子电池介绍
锂离子电池是一种二次电池（充电电池），它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌，充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。
锂离子电池电压范围2.8V~4.2V，典型电压3.7V，低于2.8V或者高于4.2V，电池都会有损坏风险。
2. 1C和0.1C的概念
电池容量的单位是mAh，C指的是电池充放电的倍率，比如一个2000mAh的电池，以1C放电指的是放电电流大小为2000mA，0.1C为200mA，充电也是同样的道理。
3. 锂离子电池的优缺点
锂离子电池的主要优点：
- 锂离子电池电压高，能量密度高；
- 循环寿命长，一般可循环500，甚至达到1000次以上；
- 自放电小，室温下充满电的Li-ion储存1个月后的自放电率为10%左右；
- 可快速充电，1C充电时容量可以达到标称的80%；
- 工作温度范围宽，一般为-25~45°C，后面有望突破-40-70°C；
- 没有Ni-Cd、Ni-Mh一样的记忆效应，在充电前不比将剩余电量用完；
- 相比较Ni-Cd、Ni-Mh来说环保无污染（不含镉，汞等重金属）；
锂离子电池的主要缺点：
- 成本高；
- 需要加保护电路板，包括过充和过放保护；
- 不能大电流放电，一般放电电流在0.5C以下，过大的电流导致电池内部发热；
- 安全性差，容易爆炸、起火。
4. 锂电池和锂离子电池的区别
锂电池和锂离子电池是两个不同的概念，主要有如下的区别：
- 锂电池的正极材料是二氧化锰或亚硫酰氯，负极是锂；
- 锂离子电池是以含锂的化合物作正极的锂电池，在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子；
- 锂电池也称一次锂电池，可以连续放电，也可以间歇放电，一旦电能耗尽便不能再用，不能进行充电；
- 锂离子电池也称二次锂电池，可以充放电；
5. 锂离子电池充电模式
锂离子电池理想充电模式被称为CC CV模式，即恒流 恒压模式。
如下的图形中，灰色为电池电压，绿色为充电电流，红色为电池容量。
在电池电压低时，电池以固定的恒定电流进行充电，当电池电压达到4.2V时，会由恒流模式切换到恒压模式，因为电池的电压不容许超过4.2V，所以系统会逐渐减小充电电流，直到接近于0；当电池电压为4.2V，且充电电流为0，代表电池已充满电。
锂离子电池CC CV模式
为了保证电池的绝对安全，实际的充电模式会更细化，对于不确定的电池上来就按照恒流进行充电，会给电池造成更大的损坏。
- 测试模式，当电池电压低于2V时，会以很小的电流，对电池进行唤醒；
- 涓流充电，也叫预充模式，当电池电压处于2V~3V之间时，会以恒流充电的1/10或者1/20电流大小进行预充；
- 恒流充电，当电池电压升至3V以上时，会以恒流模式对电池快速充电；
- 恒压充电，当电池电压达到4.2V时，会以恒压模式对电池进行充电；
像TI的方案，在电池电压为4.2V，充电电流较低但不为0，约为恒流充电电流的1/10时，停止充电，这时候电池电压会降低到4.16V或者4.17V；
锂离子电池充电的三个阶段
6. 为什么锂离子电池充电截止电压是4.2V
下图是电池的循环寿命和充电截止电压的关系图，在电池最初的周期中，充电到略高的电压会得到更高的单周期电量，但只会存在一小段时间。当电池的充电电压比推荐的4.2V最高电压还要高50mV或100mV时，由于每个周期都会略微过度充电，因此电池的老化速度会大大加快。
总结一句话就是：电池的充电截止电压高于4.2V，电压越高，循环寿命越短，且电池容量下降越快。
锂离子电池循环寿命和电池充电截止电压的关系
7. 锂离子电池放电曲线
如下是锂离子电池在不同放电电流下的放电曲线，可以看出：放电电流越大，电池的容量下降越快，容量越低，电池的标称容量使用越不充分。
电池容量越低时，电池的内阻相应会增加较多，比较大的电流进行放电时，内阻增长的比较快。
锂离子电池不同放电电流下的放电曲线
从不同温度下的电池放电曲线可以看出：温度越低，电池容量下降越快，放电越不充分。
电池的温度在0度以下，内部活性成分很弱，内阻会相应的变大；过高的温度对电池也有损坏。
锂离子电池不同温度下的放电曲线
8. 锂离子电池循环次数
在实际中，每当累积的放电容量等于设计容量时，则记为循环一次。
锂离子电池循环寿命
国标规定锂离子电池的循环寿命测试条件及要求： 在25度室温条件下以1C充电150分钟，以恒流1C的放电电流放到2.75V截止为一次循环。当有一次放电时间小于36分钟时试验结束，循环次数必须大于300次。
- 这个定义规定了循环寿命的测试是以深充深放方式进行的；
- 规定了循环寿命按照这个模式执行后必须超过300次以后容量仍然有60%以上；
9. 锂离子电池工作电压范围
锂离子电池的工作电压有一个范围，不同电芯厂家制造会有所不同，但是差别不大。
锂离子电池电压范围
参考内容
锂离子电池充电简介
锂离子电池基本特性
RICHTEK技术文件锂离子电池管理中的问题与解决方案
永远相信美好的事情即将发生！作者记得诚，写于安徽合肥，2020-05-24 PM23:40