锂离子电池充电原理详细解析

锂离子电池原理

所谓锂离子电池是指分别用二个能可逆地嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正负极构成的二次电池。人们将这种靠锂离子在正负极之间的转移来完成电池充放电工作的独特机理的锂离子电池形象地称为“摇椅式电池”，俗称“锂电”。

锂离子电池的内部结构如下图所示：

电池由正极锂化合物、中间的电解质膜及负极碳组成。

◎当电池充电时，锂离子从正极中脱嵌，在负极中嵌入，放电时反之。一般采用嵌锂过渡金属氧化物做正极，如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4。

◎做为负极的材料则选择电位尽可能接近锂电位的可嵌入锂化合物，如各种碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纤维、中间相小球碳素等和金属氧化物，包括SnO、SnO2、锡复合氧化物SnB x P y O z等。

◎电解质采用LiPF6的乙烯碳酸脂（EC）、丙烯碳酸脂（PC）和低粘度二乙基碳酸脂（DEC）等烷基碳酸脂搭配的高分子材料。

◎隔膜采用聚烯微多孔膜如PE、PP或它们复合膜，采用PP/PE/PP三层隔膜优点是熔点较低，具有较高的抗穿刺强度，起到了过热保险作用。

◎外壳采用钢或铝材料，具有防爆的功能。

锂离子电池的额定电压为3.6V。电池充满时的电压（称为终止充电电压）一般为4.2V；锂离子电池终止放电电压为2.5V。如果锂离子电池在使用过程中电压已降到2.5V后还继续使用，则称为过放电，对电池有损害。

锂电池充电原理：

锂离子电池充电原理图：

其中：Iconst：恒流充电电流；

Ipre：预充电电流；

Ifull：充满判断电流；

Vconst：恒压充电电压；

Vmin：预充结束电压及短路判断电压

图一

锂离子电池比较骄贵。如果不满足其充电及使用要求，很容易出现爆炸，寿命下降的现象。因为锂离子电池对温度、过压过流及过放电很敏感，所以所有的电池内部均集成了热敏电阻（监控充电温度）及防过压过流过放电保护电路。

图一为标准锂离子电池充电原理曲线，锂离子电池的充电过程分三个阶段：预充电阶段；恒流充电阶段；恒压充电阶段。

预充电阶段是在电池电压低于3V时，电池不能承受大电流的充电。这时有必要以小电流对电池进行浮充；

当电池电压达到3V时，电池可以承受大电流的充电了。这时应以恒定的大电流充电。以使锂离子快速均匀转移，这个电流值越大，对电池的充满及寿命越有利；

当电池电压达到4.2V时，达到了电池承受电压的极限。这时应以4.2V的电压恒压充电。这时充电电流逐渐降低。当充电电流小于30mA时，电池即充满了。这时要停止充电。否则，电池因过充而降低寿命。恒压充电阶段要求电压控制精度为1%，即电压要控制在4.158V~4.242V之间。

依国家标准，锂离子电池要能在1C的充电电流下，可以循环充放电500次以上。依一般的电池使用三天一充。这样电池的寿命应在4年。

但用户在使用电池的时候往往发现，原装电池在使用1年，甚到半年左右的时间就报废了，这是因为劣质万能充惹得祸。下面将以万能充的充电原理及内部拆解分析一下为什么会对锂电池有损害：

图二

图二为现在市场上的万能充的充电原理图。由图看出，万能充是简单的恒压充电方式。这种充电方式对锂电池是有损害的。

1.当没电的电池插在万能充上时，充电器即以最大的电流为电池充电。如果在锂离子电池最虚弱的低压时就以大电流冲击，将会损害电池的寿命。

2.这种万能充没有温度控制功能。而且，万能充内部电路直接由220V转化为5V的直流，其转换效率低下，电路本身产生大量的热量，附加在了电池上。无形中造成了电池内部温度过高。电池的温度过高会对电池内部的化学转化造成不可逆转的影响。

锂离子电池使用小贴士

电池需要激活吗？

锂电在出厂以前要经过如下过程：恒压充电放电，如此进行几个循环，使电池充分活化，以容量达到要求为止，这就是激活过程。所以电池到了用户手里不必再经过激活过程。

前三次要充18小时吗？

锂离子电池的恒流恒压充电特性决定了它的深充电时间无需18个小时。只要充满就可以了。

电池的使用温度

锂离子电池的最佳使用环境温度在10℃—30℃之间，在这个范围内使用，对手机电池的工作性能和使用寿命都比较好，在过冷或过热的环境中使用，都不利于手机电池发挥出最大效能，不会达到最长的通话或待机时间。

尽量避免手机在0℃以下和40℃以上使用，在这个环境温度下，你会发现手机待机时间明显缩短，电池电量下降很快，长期这样使用，电池的寿命也会大大缩短。

同理，在给锂离子电池充电时，环境温度也不宜过高或过低。温度过低会导致充电时间延长；温度过高影响电池的使用寿命。