锂电池的基本知识
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锂电池的最大特点是比能量高。什么是比能量呢?比能量指的是单位重量或 单位体积的能量。比能量用 Wh/kg 或 Wh/L 来表示。Wh 是能量的单位，W 是瓦、 h 是小时；kg 是千克(重量单位)，L 是升(体积单位)。这里举一个例来说明：5 号 镍镉电池的额定电压为 1.2V，其容量为 800mAh，则其能量为 0.96Wh(1.2V×0.8 Ah)。同样尺寸的 5 号锂－二氧化锰电池的额定电压为 3V，其容量为 1200mAh， 则其能量为 3.6Wh。这两种电池的体积是相同的，则锂－二氧化锰电池的比能量 是镍镉电池的 3.75 倍!
可充电的锂电池
可充电的锂电池有多种，如锂-钒氧化物电池，锂离子电池及国外新开发的 锂-聚合物电池等。这里仅介绍前两种，重点介绍锂离子电池。
可充电锂离子电池是目前手机中应用最广泛的电池，但它较为“娇气”，在使 用中不可过充、过放(会损坏电池或使之报废)。因此，在电池上有保护元器件或 保护电路以防止昂贵的电池损坏。
2. 锂离子电池(Li-Ion)
锂离子电池是目前应用最为广泛的锂电池，它根据不同的电子产品的要求可 以做成扁平长方形、圆柱形、长方形及扣式，并且有由几个电池串联在一起组成 的电池组。
锂离子电池的额定电压为 3.6V(有的产品为 3.7V)。充满电时的终止充电电 压与电池阳极材料有关：阳极材料为石墨的 4.2V；阳极材料为焦炭的 4.1V。不 同阳极材料的内阻也不同，焦炭阳极的内阻略大，其放电曲线也略有差别，如图 1 所示。一般称为 4.1V 锂离子电池及 4.2V 锂离子电池。锂离子电池的终止放电 电压为 2.5V～2.75V(电池厂给出工作电压范围或给出终止放电电压，各参数略有 不同)。低于终止放电电压继续放电称为过放，过放对电池会有损害。
锂-钒氧化物电池以锂为阳极、钒氧化物为阴极、无机盐的有机溶剂为电解 质组成。它的特点是可以充电。以 2 号电池为例，将锂-钒氧化物电池与锂-二氧 化锰电池及锂-亚硫酰氯电池相比较如表 5 所示。
由表 5 可知，由于锂-钒氧化物电池的额定电压仅为 2.8V，而且额定容量也 小，故与其它两种锂电池相比，其比能量是最小的。该类圆柱形电池的主要参数 如表 6 所示。从表 6 可看出，其充电次数(循环寿命)也不长，所以这种可充电电 池不久就由锂离子电池替代了。
锂离子电池在充电或放电过程中若发生过充、过放或过流时，会造成电池的 损坏或降低使用寿命。为此，开发出各种保护元件及由保护 IC 组成的保护电路。 它安装在电池或电池组中，使电池获得完善的保护。
1. 正温度系数聚合物保护元件
Tyco 公司最近推出了 VLR230(5×12mm)及 VLR170(3.6×10mm)自复式条状 保护元件，它专门用于锂离子电池或镍氢电池组作过流或过热保护。它在正常温 度时自身电阻极低(如 VLR230 的阻值为 0.015Ω)，一旦超过阈值电流或阈值温度， 电阻会急剧升高而起到保护作用(该保护元件串联在电池电路中，有的安装在电 池中)。元件的特性如图 3 所示，电路如图 4 所示。这种保护元件在有短路及过 充或过放情况发生时，产生大量的热使电池温度升高，由于保护元件的高阻抗而 得到保护。当故障排除或断开电路时，它有自复作用(即回到低阻抗)。 在 60℃以下 VLR170 可提供 700mA、VLR230 可提供 900mA 充电或放电电流。 两元件耐压均为 12V。
1锂－二氧化锰电池(LiMnO2) 锂－二氧化锰电池是一种以锂为阳极、以二氧化锰为阴极，并采用有机电解 液的一次性电池。该电池的主要特点是电池电压高，额定电压为 3V(是一般碱性 电池的 2 倍)；终止放电电压为 2V；比能量大(见上面举的例子)；放电电压稳定 可靠；有较好的储存性能(储存时间 3 年以上)、自放电率低(年自放电率≤2％)； 工作温度范围－20℃～＋60℃。 该电池可以做成不同的外形以满足不同要求，它有长方形、圆柱形及纽扣形 (扣式)。圆柱形的也有不同的直径及高度尺寸。
2锂－亚硫酰氯电池(LiSOCl2) 锂－亚硫酰氯电池是比能量最高的一种，目前可达到 500Wh/kg 或 1000Wh/ L 的水平。它的额定电压是 36V，以中等电流放电时具有极其平坦的 34V 放 电特性(可在 90％容量范围内平坦地放电，保持不大的变化)。电池可以在－40 ℃～＋85℃范围内工作，但在－40℃时的容量约为常温容量的 50％。自放电率 低(年自放电率≤1％)、储存寿命长达 10 年以上。 应用注意事项
锂电池的缺点是价格昂贵，所以目前尚不能普遍应用，主要应用于掌上计算 机、PDA、通信设备、照相机、卫星、导弹、鱼雷、仪器等。随着技术的发展、 工艺的改进及生产量的增加，锂电池的价格将会不断地下降，应用上也会更普遍。
不可充电的锂电池
不可充电的锂电池有多种，目前常用的有锂－二氧化锰电池、锂—亚硫酰氯 电池及锂和其它化合物电池。本文仅介绍前两种最常用的。
锂电池的基本知识
锂电池的基本知识
便携式电子产品以电池作为电源。随着便携式产品的迅猛发展，各种电池的用量 大增，并且开发出许多新型电池。除大家较熟悉的高性能碱性电池、可充电的镍 镉电池、镍氢电池外，还有近年来开发的锂电池。本文主要介绍有关锂电池的基 本知识。这包括它的特性、主要参数、型号的意义、应Leabharlann Baidu范围及使用注意事项等。
锂离子电池充电要求很高，要保证终止电压精度在 1%之内，目前各大半导 体器件厂已开发出多种锂离子电池充电的 IC，以保证安全、可靠、快速地充电。
现在手机已十分普遍，手机中一部分是镍氢电池，但灵巧型的手机则是锂离 子电池。正确地使用锂离子电池对延长电池寿命是十分重要的。
1. 锂-钒氧化物电池(Li-V6O13)
在贮存方面：
1. 电池若长期贮存，要保持在 50%放电态。
2. 电池应保存在低温、干燥坏境中。
3. 要远离热源，也不要置于阳光直射的地方。
本刊 2000 年第 5 期发表了“锂-离子电池保护器 IC—AIC1811”一文。该文较
详细地介绍了它的工作原理及有关电路，这里不再介绍。
最近 Dallas 公司开发了高精度锂离子电池监控器 DS2760。它包括一个锂离 子电池保护电路及一个 25mΩ 的电流敏感电阻(电流检测电阻)，该器件是 3.25×2. 75mm 管芯封装。其中有 10 位电流 A/D 变换器、10 位电压 A/D 变换器、一个正 负 10 位温度传感器及 EEPROM 等。它采用单线与主系统通信来控制电池的充、 放电，全面地保护锂离子电池。
为 0.25C～1C（C 是电池的容量，如 C=800mAh，1C 充电率即充电电流为 800m A）。在大电流充电时往往要检测电池温度，以防止过热损坏电池或产生爆炸。
锂离子电池充电分为两个阶段：先恒流充电，到接近终止电压时改为恒压充 电，其充电特性如图 2 所示。这是一种 800mAh 容量的电池，其终止充电电压为 4.2V。电池以 800mA(充电率为 1C)恒流充电，开始时电池电压以较大的斜率升 压，当电池电压接近 4.2V 时，改成 4.2V 恒压充电，电流渐降，电压变化不大， 到充电电流降为 1/10C(约 80mA)时，认为接近充满，可以终止充电(有的充电器 到 1/10C 后启动定时器，过一定时间后结束充电)。
上述两种锂电池是一次性电池，不可充电(充电时有危险!)；电池正负极之间 不可短路；不可以过大电流放电(超过最大放电电流放电)；电池使用至终止放电 电压时，应从电子产品中及时取出；用完的电池不可挤压、焚烧及拆卸；不可超 过规定温度范围使用。
由于锂电池的电压高于普通电池或镍镉电池，使用时不要搞错以免损坏电 路。通过熟悉型号中的 CR、ER 就可以知道它的种类及额定电压。在购买新电 池时，一定要按原来的型号来买，否则会影响电子产品性能。
2. 锂离子保护器 IC
Texas 公司最近开发出内部集成了 MOSFET 开关的锂离子电池保护器 IC， 其尺寸仅为 4.55×3.44×0.88mm(型号为 VCC3952A)，它适用于 4mm 厚的手机锂 离子电池作保护用。它外部仅需要一个 0.1μF 的表面贴装式电容。器件工作电流 5μA，可通过 3A 电流，有 4.2V～4.35V 四个标准过压电压。它还可用于单锂离 子电池中。
锂离子电池不适合用作大电流放电，过大电流放电时会降低放电时间(内部 会产生较高的温度而损耗能量)。因此电池生产工厂给出最大放电电流，在使用 中应小于最大放电电流。 锂离子电池对温度有一定要求，工厂给出了充电温度范围、放电温度范围及保存 温度范围。 锂离子电池对充电的要求是很高的，它要求精密的充电电路以保证充电的安全。 终止充电电压精度允差为额定值的±1%(例如，充 4.2V 的锂离子电池，其允差为 ±0.042V)，过压充电会造成锂离子电池永久性损坏。锂离子电池充电电流应根据 电池生产厂的建议，并要求有限流电路以免发生过流(过热)。一般常用的充电率
一节 5 号镍镉电池约重 23g，而一节 5 号锂－二氧化锰电池约重 18g。一节 锂－二氧化锰电池为 3V，而两节镍镉电池才 2.4V。所以采用锂电池时电池数量
少(使便携式电子产品体积减小、重量减轻)，并且电池的工作寿命长。
另外，锂电池具有放电电压稳定、工作温度范围宽、自放电率低、储存寿命 长、无记忆效应及无公害等优点。
锂是一种金属元素，其化学符号为 Li(其英文名为 lithium)，是一种银白色、 十分柔软、化学性能活泼的金属，在金属中是最轻的。它除了应用于原子能工业 外，可制造特种合金、特种玻璃(电视机上用的荧光屏玻璃)及锂电池。在锂电池 中它用作电池的阳极。
锂电池也分成两大类：不可充电的及可充电的两类。不可充电的电池称为一 次性电池，它只能将化学能一次性地转化为电能，不能将电能还原回化学能(或 者还原性能极差)。而可充电的电池称为二次性电池(也称为蓄电池)。它能将电能 转变成化学能储存起来，在使用时，再将化学能转换成电能，它是可逆的，如电 能化学能锂电池的主要特点：灵巧型便携式电子产品要求尺寸小、重量轻，但电 池的尺寸及重量与其它电子元器件相比往往是最大的及最重的。例如，想当年的 “大哥大”是相当“粗大、笨重”，而今天的手机是如此的轻巧。其中电池的改进是 起了重要作用的：过去是镍镉电池，现在是锂离子电池。
应用注意事项
锂离子电池应用注意事项除与上述不可充电的锂电池相同外，在充电方面还 应注意以下几点： 1. 锂离子电池有 4.1V 及 4.2V 终止充电的不同品种，因此在充电时注意的是 4.1 V 的电池不能用 4.2V 的充电器充电，否则会有过充的危险(4.1V 与 4.2V 的充电 器用的充电器 IC 是不同的!)。 2. 对电池充电时，其环境温度不能超过产品特性表中所列的温度范围。 3. 不能反向充电。 4. 不能用充镍镉电池的充电器(充三节镍镉电池的)来充锂离子电池(虽然额定电 压一样，都是 3.6V)，但充电方式不同，容易造成过充。 在放电方面应注意以下几点： 1. 锂离子电池放电电流不能超过产品特性表中给出最大放电电流。放电电流较 大时，会产生较高的温度(损耗能量)，减少放电时间，若电池中无保护元件会产 生过热而损坏电池。 2. 不同温度下放电曲线是不同的，如图 5 所示。从图中可以看出，在不同的温 度下，其放电电压及放电时间也不同。在-20℃放电时情况最差。
各种锂离子电池的性能如表 7 所示。
表 7(a)型号中的 6 位数字，前两位为高度尺寸，中间两位为宽度尺寸，后两 位为长度尺寸(mm)。例如 LIS063048，其高为 6.7mm，宽为 29.9mm，长度为 48 mm。
表 7(b)型号的四位数字中，前两位为直径，后两位为带一位小数点的高度尺 寸。例如 LIR2025，它的直径为 20mm，高度为 2.5mm。 锂离子电池保护元件及保护电路
可充电的锂电池
可充电的锂电池有多种，如锂-钒氧化物电池，锂离子电池及国外新开发的 锂-聚合物电池等。这里仅介绍前两种，重点介绍锂离子电池。
可充电锂离子电池是目前手机中应用最广泛的电池，但它较为“娇气”，在使 用中不可过充、过放(会损坏电池或使之报废)。因此，在电池上有保护元器件或 保护电路以防止昂贵的电池损坏。
2. 锂离子电池(Li-Ion)
锂离子电池是目前应用最为广泛的锂电池，它根据不同的电子产品的要求可 以做成扁平长方形、圆柱形、长方形及扣式，并且有由几个电池串联在一起组成 的电池组。
锂离子电池的额定电压为 3.6V(有的产品为 3.7V)。充满电时的终止充电电 压与电池阳极材料有关：阳极材料为石墨的 4.2V；阳极材料为焦炭的 4.1V。不 同阳极材料的内阻也不同，焦炭阳极的内阻略大，其放电曲线也略有差别，如图 1 所示。一般称为 4.1V 锂离子电池及 4.2V 锂离子电池。锂离子电池的终止放电 电压为 2.5V～2.75V(电池厂给出工作电压范围或给出终止放电电压，各参数略有 不同)。低于终止放电电压继续放电称为过放，过放对电池会有损害。
锂-钒氧化物电池以锂为阳极、钒氧化物为阴极、无机盐的有机溶剂为电解 质组成。它的特点是可以充电。以 2 号电池为例，将锂-钒氧化物电池与锂-二氧 化锰电池及锂-亚硫酰氯电池相比较如表 5 所示。
由表 5 可知，由于锂-钒氧化物电池的额定电压仅为 2.8V，而且额定容量也 小，故与其它两种锂电池相比，其比能量是最小的。该类圆柱形电池的主要参数 如表 6 所示。从表 6 可看出，其充电次数(循环寿命)也不长，所以这种可充电电 池不久就由锂离子电池替代了。
锂离子电池在充电或放电过程中若发生过充、过放或过流时，会造成电池的 损坏或降低使用寿命。为此，开发出各种保护元件及由保护 IC 组成的保护电路。 它安装在电池或电池组中，使电池获得完善的保护。
1. 正温度系数聚合物保护元件
Tyco 公司最近推出了 VLR230(5×12mm)及 VLR170(3.6×10mm)自复式条状 保护元件，它专门用于锂离子电池或镍氢电池组作过流或过热保护。它在正常温 度时自身电阻极低(如 VLR230 的阻值为 0.015Ω)，一旦超过阈值电流或阈值温度， 电阻会急剧升高而起到保护作用(该保护元件串联在电池电路中，有的安装在电 池中)。元件的特性如图 3 所示，电路如图 4 所示。这种保护元件在有短路及过 充或过放情况发生时，产生大量的热使电池温度升高，由于保护元件的高阻抗而 得到保护。当故障排除或断开电路时，它有自复作用(即回到低阻抗)。 在 60℃以下 VLR170 可提供 700mA、VLR230 可提供 900mA 充电或放电电流。 两元件耐压均为 12V。
1锂－二氧化锰电池(LiMnO2) 锂－二氧化锰电池是一种以锂为阳极、以二氧化锰为阴极，并采用有机电解 液的一次性电池。该电池的主要特点是电池电压高，额定电压为 3V(是一般碱性 电池的 2 倍)；终止放电电压为 2V；比能量大(见上面举的例子)；放电电压稳定 可靠；有较好的储存性能(储存时间 3 年以上)、自放电率低(年自放电率≤2％)； 工作温度范围－20℃～＋60℃。 该电池可以做成不同的外形以满足不同要求，它有长方形、圆柱形及纽扣形 (扣式)。圆柱形的也有不同的直径及高度尺寸。
2锂－亚硫酰氯电池(LiSOCl2) 锂－亚硫酰氯电池是比能量最高的一种，目前可达到 500Wh/kg 或 1000Wh/ L 的水平。它的额定电压是 36V，以中等电流放电时具有极其平坦的 34V 放 电特性(可在 90％容量范围内平坦地放电，保持不大的变化)。电池可以在－40 ℃～＋85℃范围内工作，但在－40℃时的容量约为常温容量的 50％。自放电率 低(年自放电率≤1％)、储存寿命长达 10 年以上。 应用注意事项
锂电池的缺点是价格昂贵，所以目前尚不能普遍应用，主要应用于掌上计算 机、PDA、通信设备、照相机、卫星、导弹、鱼雷、仪器等。随着技术的发展、 工艺的改进及生产量的增加，锂电池的价格将会不断地下降，应用上也会更普遍。
不可充电的锂电池
不可充电的锂电池有多种，目前常用的有锂－二氧化锰电池、锂—亚硫酰氯 电池及锂和其它化合物电池。本文仅介绍前两种最常用的。
锂电池的基本知识
锂电池的基本知识
便携式电子产品以电池作为电源。随着便携式产品的迅猛发展，各种电池的用量 大增，并且开发出许多新型电池。除大家较熟悉的高性能碱性电池、可充电的镍 镉电池、镍氢电池外，还有近年来开发的锂电池。本文主要介绍有关锂电池的基 本知识。这包括它的特性、主要参数、型号的意义、应Leabharlann Baidu范围及使用注意事项等。
锂离子电池充电要求很高，要保证终止电压精度在 1%之内，目前各大半导 体器件厂已开发出多种锂离子电池充电的 IC，以保证安全、可靠、快速地充电。
现在手机已十分普遍，手机中一部分是镍氢电池，但灵巧型的手机则是锂离 子电池。正确地使用锂离子电池对延长电池寿命是十分重要的。
1. 锂-钒氧化物电池(Li-V6O13)
在贮存方面：
1. 电池若长期贮存，要保持在 50%放电态。
2. 电池应保存在低温、干燥坏境中。
3. 要远离热源，也不要置于阳光直射的地方。
本刊 2000 年第 5 期发表了“锂-离子电池保护器 IC—AIC1811”一文。该文较
详细地介绍了它的工作原理及有关电路，这里不再介绍。
最近 Dallas 公司开发了高精度锂离子电池监控器 DS2760。它包括一个锂离 子电池保护电路及一个 25mΩ 的电流敏感电阻(电流检测电阻)，该器件是 3.25×2. 75mm 管芯封装。其中有 10 位电流 A/D 变换器、10 位电压 A/D 变换器、一个正 负 10 位温度传感器及 EEPROM 等。它采用单线与主系统通信来控制电池的充、 放电，全面地保护锂离子电池。
为 0.25C～1C（C 是电池的容量，如 C=800mAh，1C 充电率即充电电流为 800m A）。在大电流充电时往往要检测电池温度，以防止过热损坏电池或产生爆炸。
锂离子电池充电分为两个阶段：先恒流充电，到接近终止电压时改为恒压充 电，其充电特性如图 2 所示。这是一种 800mAh 容量的电池，其终止充电电压为 4.2V。电池以 800mA(充电率为 1C)恒流充电，开始时电池电压以较大的斜率升 压，当电池电压接近 4.2V 时，改成 4.2V 恒压充电，电流渐降，电压变化不大， 到充电电流降为 1/10C(约 80mA)时，认为接近充满，可以终止充电(有的充电器 到 1/10C 后启动定时器，过一定时间后结束充电)。
上述两种锂电池是一次性电池，不可充电(充电时有危险!)；电池正负极之间 不可短路；不可以过大电流放电(超过最大放电电流放电)；电池使用至终止放电 电压时，应从电子产品中及时取出；用完的电池不可挤压、焚烧及拆卸；不可超 过规定温度范围使用。
由于锂电池的电压高于普通电池或镍镉电池，使用时不要搞错以免损坏电 路。通过熟悉型号中的 CR、ER 就可以知道它的种类及额定电压。在购买新电 池时，一定要按原来的型号来买，否则会影响电子产品性能。
2. 锂离子保护器 IC
Texas 公司最近开发出内部集成了 MOSFET 开关的锂离子电池保护器 IC， 其尺寸仅为 4.55×3.44×0.88mm(型号为 VCC3952A)，它适用于 4mm 厚的手机锂 离子电池作保护用。它外部仅需要一个 0.1μF 的表面贴装式电容。器件工作电流 5μA，可通过 3A 电流，有 4.2V～4.35V 四个标准过压电压。它还可用于单锂离 子电池中。
锂离子电池不适合用作大电流放电，过大电流放电时会降低放电时间(内部 会产生较高的温度而损耗能量)。因此电池生产工厂给出最大放电电流，在使用 中应小于最大放电电流。 锂离子电池对温度有一定要求，工厂给出了充电温度范围、放电温度范围及保存 温度范围。 锂离子电池对充电的要求是很高的，它要求精密的充电电路以保证充电的安全。 终止充电电压精度允差为额定值的±1%(例如，充 4.2V 的锂离子电池，其允差为 ±0.042V)，过压充电会造成锂离子电池永久性损坏。锂离子电池充电电流应根据 电池生产厂的建议，并要求有限流电路以免发生过流(过热)。一般常用的充电率
一节 5 号镍镉电池约重 23g，而一节 5 号锂－二氧化锰电池约重 18g。一节 锂－二氧化锰电池为 3V，而两节镍镉电池才 2.4V。所以采用锂电池时电池数量
少(使便携式电子产品体积减小、重量减轻)，并且电池的工作寿命长。
另外，锂电池具有放电电压稳定、工作温度范围宽、自放电率低、储存寿命 长、无记忆效应及无公害等优点。
锂是一种金属元素，其化学符号为 Li(其英文名为 lithium)，是一种银白色、 十分柔软、化学性能活泼的金属，在金属中是最轻的。它除了应用于原子能工业 外，可制造特种合金、特种玻璃(电视机上用的荧光屏玻璃)及锂电池。在锂电池 中它用作电池的阳极。
锂电池也分成两大类：不可充电的及可充电的两类。不可充电的电池称为一 次性电池，它只能将化学能一次性地转化为电能，不能将电能还原回化学能(或 者还原性能极差)。而可充电的电池称为二次性电池(也称为蓄电池)。它能将电能 转变成化学能储存起来，在使用时，再将化学能转换成电能，它是可逆的，如电 能化学能锂电池的主要特点：灵巧型便携式电子产品要求尺寸小、重量轻，但电 池的尺寸及重量与其它电子元器件相比往往是最大的及最重的。例如，想当年的 “大哥大”是相当“粗大、笨重”，而今天的手机是如此的轻巧。其中电池的改进是 起了重要作用的：过去是镍镉电池，现在是锂离子电池。
应用注意事项
锂离子电池应用注意事项除与上述不可充电的锂电池相同外，在充电方面还 应注意以下几点： 1. 锂离子电池有 4.1V 及 4.2V 终止充电的不同品种，因此在充电时注意的是 4.1 V 的电池不能用 4.2V 的充电器充电，否则会有过充的危险(4.1V 与 4.2V 的充电 器用的充电器 IC 是不同的!)。 2. 对电池充电时，其环境温度不能超过产品特性表中所列的温度范围。 3. 不能反向充电。 4. 不能用充镍镉电池的充电器(充三节镍镉电池的)来充锂离子电池(虽然额定电 压一样，都是 3.6V)，但充电方式不同，容易造成过充。 在放电方面应注意以下几点： 1. 锂离子电池放电电流不能超过产品特性表中给出最大放电电流。放电电流较 大时，会产生较高的温度(损耗能量)，减少放电时间，若电池中无保护元件会产 生过热而损坏电池。 2. 不同温度下放电曲线是不同的，如图 5 所示。从图中可以看出，在不同的温 度下，其放电电压及放电时间也不同。在-20℃放电时情况最差。
各种锂离子电池的性能如表 7 所示。
表 7(a)型号中的 6 位数字，前两位为高度尺寸，中间两位为宽度尺寸，后两 位为长度尺寸(mm)。例如 LIS063048，其高为 6.7mm，宽为 29.9mm，长度为 48 mm。
表 7(b)型号的四位数字中，前两位为直径，后两位为带一位小数点的高度尺 寸。例如 LIR2025，它的直径为 20mm，高度为 2.5mm。 锂离子电池保护元件及保护电路