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鋰離子電池的原理結構

鋰系電池分為鋰電池和鋰離子電池。目前手機和筆記型電腦使用的都是鋰離子電池,通常人們俗稱其為鋰電池。目前手機等使用的鋰離子電池,而真正的鋰電池由於危險性大,沒有應用於日常電子產品。


鋰離子電池以碳素材料為負極,以含鋰的化合物作正極,沒有金屬鋰存在,只有鋰離子,這就是鋰離子電池。鋰離子電池是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料電池的總稱。鋰離子電池的充放電過程,就是鋰離子的嵌入和脫嵌過程。在鋰離子的嵌入和脫嵌過程中,同時伴隨著與鋰離子等當量電子的嵌入和脫嵌(習慣上正極用嵌入或脫嵌表示,而負極用插入或脫插表示)。在充放電過程中,鋰離子在正、負極之間往返嵌入/脫嵌和插入/脫插,被形象地稱為“搖椅電池”。

鋰離子電池能量密度大,平均輸出電壓高。自放電小,每月在10%以下。沒有記憶效應。工作溫度範圍寬為-20℃~60℃。迴圈性能優越、可快速充放電、充電效率高達100%,而且輸出功率大。使用壽命長。沒有環境污染,被稱為綠色電池。


充電是電池重複使用的重要步驟,鋰離子電池的充電過程分為兩個階段:恒流快充階段(指示燈呈紅色或黃色)和恒壓電流遞減階段(指示燈呈綠色)。恒流快充階段,電池電壓逐步升高到電池的標準電壓,隨後在控制晶片下轉入恒壓階段,電壓不再升高以確保不會過充,電流則隨著電池電量的上升逐步減弱到0,而最終完成充電。電量統計晶片通過記錄放電曲線可以抽樣計算出電池的電量。鋰離子電池在多次使用後,放電曲線會發生改變,鋰離子電池雖然不存在記憶效應,但是充電不當會嚴重影響電池性能。

鋰離子電池過度充放電會對正負極造成永久性損壞。過度放電導致負極碳片層結構出現塌陷,而塌陷會造成充電過程中鋰離子無法插入;過度充電使過多的鋰離子插入負極碳結構,而造成其中部分鋰離子再也無法釋放出來。

充電量等於充電電流乘以充電時間,在充電控制電壓一定的情況下,充電電流越大(充電速度越快),充電電量越小。電池充電速度過快和終止電壓控制點不當,同樣會造成電池容量不足,實際是電池的部分電極活性物質沒有得到充分反應就停止充電,這種充電不足的現象隨著迴圈次數的增加而加劇。

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