有效延長鋰離子電池壽命的充電和放電幾大方法

人們一直非常重視提高鋰離子電池的容量，以期以物理尺寸最小的電池實(shí)現(xiàn)最長的產(chǎn)品工作時(shí)間。但是在有些應(yīng)用中，較長的電池壽命、較多的充電次數(shù)或較安全的電池比電池容量更重要。本文介紹幾種可以極大延長電池壽命的鋰離子電池充電和放電方法。

幾乎所有高性能便攜式產(chǎn)品都會(huì)使用包括鋰離子聚合物電池在內(nèi)的可再充電鋰離子電池，這是因?yàn)榕c其他可再充電電池相比，鋰離子電池有較高的能量密度、較高的電池電壓、自放電少、周期壽命非常長，而且環(huán)保，且充電和維護(hù)簡單。另外，由于其具有相對高的電壓(2.9V至4.2V)，因此很多便攜式產(chǎn)品都能用單節(jié)電池工作，從而簡化了產(chǎn)品總體設(shè)計(jì)。

決定鋰離子電池周期壽命或服務(wù)壽命的因素

不存在任何延長或縮短電池壽命的單一因素，而常常是幾種因素合起來發(fā)揮作用。就延長周期壽命而言有以下方法可以延長電池壽命：

1.采用部分放電的做法。在再充電前僅使用20%或30%的電池容量會(huì)極大延長周期壽命。作為一個(gè)一般性的規(guī)則，5至10個(gè)淺放電周期等于1個(gè)滿放電周期。盡管部分放電周期可能達(dá)到數(shù)千次，但是保持電池處于滿充電狀態(tài)也縮短電池壽命。如果可能，應(yīng)該避免滿放電周期(降至2.5V或3V，取決于化學(xué)材料)。

2.避免充電至容量的100%。選擇一個(gè)較低的浮動(dòng)電壓可以做到這一點(diǎn)。降低浮動(dòng)電壓將提高周期壽命和服務(wù)壽命，代價(jià)是降低電池容量。浮動(dòng)電壓降低100mV至300mV可以將周期壽命延長2至5倍或更長。與其他化學(xué)材料相比，鋰離子鈷化學(xué)材料對較高浮動(dòng)電壓更敏感。磷酸鋰離子電池一般比更常見的鋰離子電池的浮動(dòng)電壓低。

3. 選擇合適的充電終止方法。選擇一個(gè)采用最小充電電流終止(C/10或C/x)的充電器，通過不充電到容量的100%，也可以延長電池壽命。例如，電流降至 C/5時(shí)結(jié)束充電周期與將浮動(dòng)電壓降至4.1V的效果類似。在這兩種情況下，電池都只充電至約為容量的85%，這是決定電池壽命的一個(gè)重要因素。

4.限制電池溫度。限制電池的極限溫度可以延長電池壽命，尤其是禁止在0℃以下充電。在0℃以下充電促進(jìn)金屬在電池陽極上的鍍敷，這可能造成內(nèi)部短路，產(chǎn)生熱量并使電池不穩(wěn)定和不安全。很多電池充電器都有測量電池溫度的裝置，以確保不會(huì)在極限溫度時(shí)充電。

5.避免大的充電和放電電流，因?yàn)檫@會(huì)縮短周期壽命。有些化學(xué)材料更適合較大電流，如鋰離子錳和磷酸鋰離子電池。大電流給電池施加了過大的壓力。

6.避免低于2V或2.5V的深度放電，因?yàn)檫@會(huì)迅速永久性損壞鋰離子電池?？赡馨l(fā)生內(nèi)部金屬鍍敷，這會(huì)引起短路，使電池不可用或不安全。大多數(shù)鋰離子電池在電池組內(nèi)部都有電子電路，如果充電或放電時(shí)電池電壓低于2.5V、超過4.3V或如果電池電流超過預(yù)定門限值，該電子電路就會(huì)斷開電池連接。

鋰離子電池充電方法

給鋰離子電池充電的推薦方法是，向電池提供一個(gè)±1%限壓的恒定電流，直到電池充滿電，然后停止充電。用來決定電池何時(shí)充滿電的方法包括：給總的充電時(shí)間定時(shí)、監(jiān)視充電電流或兼用這兩種方法。第一種方法采用限壓恒定電流，變化范圍從C/2到1C，持續(xù)2.5至3小時(shí)，使電池達(dá)到100%充電。也可以使用較低的充電電流，但是將需要更長時(shí)間。第二種方法與第一種方法類似，只是需要監(jiān)視充電電流。隨著電池的充電，電壓上升，這與采用第一種方法時(shí)完全相同。電池電壓達(dá)到編程限壓值(也稱為浮動(dòng)電壓)時(shí)，充電電流開始下降。電流一開始下降時(shí)，電池約充電至容量的50%至60%。浮動(dòng)電壓繼續(xù)提供，直到充電電流降至足夠低的水平(C/10至C/20)，這時(shí)電池約充電至容量的92%至99%，充電周期終止。目前，要為標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池快速充電(不到1小時(shí)) 至容量的100%，還沒有一種安全的方法。

不推薦在電池充滿電后仍然給電池加上連續(xù)電壓，因?yàn)檫@會(huì)加速永久性容量損失，而且可能引起內(nèi)部鋰金屬鍍敷。這種鍍敷可能發(fā)展成內(nèi)部短路通路，引起過熱，使電池受熱時(shí)不穩(wěn)定。所需時(shí)間是幾個(gè)月。

有些鋰離子電池充電器允許使用熱敏電阻監(jiān)視電池溫度。這么做的主要目的是，如果電池溫度超出推薦的0℃至40℃窗口范圍，就禁止充電。與鎳鎘或鎳氫金屬電池不同，鋰離子電池在充電時(shí)溫度上升非常少。圖1是一個(gè)典型的鋰離子電池充電曲線，圖中顯示了充電電流、電池電壓和電池容量隨時(shí)間的變化。

圖1：顯示了電池電流、電壓和容量的典型充電曲線

字母“C”的含義

字母“C”是一個(gè)電池術(shù)語，用于指示電池制造商規(guī)定的電池放電容量，單位是mAHr。