鋰離子電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)及充電原理

　　所謂鋰離子電池是指分別用二個(gè)能可逆地嵌入與脫嵌鋰離子的化合物作為正負(fù)極構(gòu)成的二次電池。人們將這種靠鋰離子在正負(fù)極之間的轉(zhuǎn)移來完成電池充放電工作的獨(dú)特機(jī)理的鋰離子電池形象地稱為“搖椅式電池”，俗稱“鋰電”。

　　鋰離子電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示：

　　電池由正極鋰化合物、中間的電解質(zhì)膜及負(fù)極碳組成。

　　◎當(dāng)電池充電時(shí)，鋰離子從正極中脫嵌，在負(fù)極中嵌入，放電時(shí)反之。一般采用嵌鋰過渡金屬氧化物做正極，如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4。

　　◎做為負(fù)極的材料則選擇電位盡可能接近鋰電位的可嵌入鋰化合物，如各種碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纖維、中間相小球碳素等和金屬氧化物，包括SnO、SnO2、錫復(fù)合氧化物SnBxPyOz等。

　　◎電解質(zhì)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或它們復(fù)合膜，采用PP/PE/PP三層隔膜優(yōu)點(diǎn)是熔點(diǎn)較低，具有較高的抗穿刺強(qiáng)度，起到了過熱保險(xiǎn)作用。

　　◎外殼采用鋼或鋁材料，具有防爆的功能。

　　鋰離子電池的額定電壓為3.6V。電池充滿時(shí)的電壓（稱為終止充電電壓）一般為4.2V;鋰離子電池終止放電電壓為2.75V。如果鋰離子電池在使用過程中電壓已降到2.75V后還繼續(xù)使用，則稱為過放電，對(duì)電池有損害。

　　鋰電池充電原理：

　　鋰離子電池充電原理圖：

　　其中：Iconst：恒流充電電流;

　　Ipre：預(yù)充電電流;

　　Ifull：充滿判斷電流;

　　Vconst：恒壓充電電壓;=

　　Vmin：預(yù)充結(jié)束電壓及短路判斷電壓

　　鋰離子電池比較驕貴。如果不滿足其充電及使用要求，很容易出現(xiàn)爆炸，壽命下降等現(xiàn)象。因?yàn)殇囯x子電池對(duì)溫度、過壓、過流及過放電很敏感，所以所有的電池內(nèi)部均集成了熱敏電阻（監(jiān)控充電溫度）及防過壓、過流、過放電保護(hù)電路。

　　圖一為標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池充電原理曲線，鋰離子電池的充電過程分三個(gè)階段：預(yù)充電階段;恒流充電階段;恒壓充電階段。

　　預(yù)充電階段是在電池電壓低于3V時(shí)，電池不能承受大電流的充電。這時(shí)有必要以小電流對(duì)電池進(jìn)行浮充;當(dāng)電池電壓達(dá)到3V時(shí)，電池可以承受大電流的充電了。這時(shí)應(yīng)以恒定的大電流充電。以使鋰離子快速均勻轉(zhuǎn)移，這個(gè)電流值越大，對(duì)電池的充滿及壽命越有利;當(dāng)電池電壓達(dá)到4.2V時(shí)，達(dá)到了電池承受電壓的極限。這時(shí)應(yīng)以4.2V的電壓恒壓充電。這時(shí)充電電流逐漸降低。當(dāng)充電電流小于30mA時(shí)，電池即充滿了。這時(shí)要停止充電。否則，電池因過充而降低壽命。恒壓充電階段要求電壓控制精度為1%。依國家標(biāo)準(zhǔn)，鋰離子電池要能在1C的充電電流下，可以循環(huán)充放電500次以上。依一般的電池使用三天一充。這樣電池的壽命應(yīng)在4年。

　　但用戶在使用電池的時(shí)候往往發(fā)現(xiàn)，原裝電池在使用1年，甚到半年左右的時(shí)間就報(bào)廢了，這是因?yàn)楹唵蔚某潆姺绞饺堑玫?。下面將以最簡單的充電原理分析一下為什么?huì)對(duì)鋰電池有損害：

　　當(dāng)沒電的電池插在這種充電器上時(shí)，充電器即以最大的電流為電池充電。如果在鋰離子電池最虛弱的低壓時(shí)（低于2.5V）就以大電流沖擊，將會(huì)嚴(yán)重?fù)p害電池的壽命。

　　另外，這類的充電器均為直接市電220V接入，轉(zhuǎn)換為5V的低壓直流。因?yàn)檗D(zhuǎn)換效率低下，會(huì)產(chǎn)生大量的熱。熱量直接疊加在了電池上，使電池溫度過高，這對(duì)電池有很大損害.