锂电池的使用、维护与保养问题介绍

2019-01-21      3510 次浏览

锂离子电池是一种二次电池(充电电池),它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中,Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌:充电时,Li+从正极脱嵌,经过电解质嵌入负极,负极处于富锂状态;放电时则相反。电池一般采用含有锂元素的材料作为电极,是现代高性能电池的代表。锂系电池分为锂电池和锂离子电池。手机和笔记本电脑使用的都是锂离子电池,通常人们俗称其为锂电池,而真正的锂电池由于危险性大,很少应用于日常电子产品。


锂离子电池的使用与维护,锂离子电池的优缺点


锂离子电池(Li-ion,LithiumIonBattery):锂离子电池具有重量轻、容量大、无记忆效应等优点,因而得到了普遍应用——现在的许多数码设备都采用了锂离子电池作电源,尽管其价格相对来说比较昂贵。锂离子电池的能量密度很高,它的容量是同重量的镍氢电池的1.5~2倍,而且具有很低的自放电率。此外,锂离子电池几乎没有“记忆效应”以及不含有毒物质等优点也是它广泛应用的重要原因。


1锂电池对充电的要求


相对于对放电环境(温度)的要求,锂电池对充电(温度)环境要求更为苛刻。锂电池的最佳充电环境为5到45摄氏度。虽然0到5摄氏度依然可以正常充电,但是充电电流需要相对(5到45摄氏度环境)减少,才可以最大限度的维持电池寿命。


高温或高于45摄氏度充电会降低电池性能,甚至会降解电池内的电解液。低温或低于0摄氏度会导致内阻增加,导致充电时间延长。另外在低于0摄氏度的环境下充电时,电池会处于一种亚冻结的状况,会对电池造成【不可逆转】的损伤。对手机这种使用锂电池供电的设备,除非需要拨打紧急电话,否则不建议0摄氏度以下进行充电操作。


2锂电池对放电环境的要求


对于放电方面,锂电池对环境并没有什么太过明确的要求,主要是不能因为环境温度高/低/热/冷就不用电池,而且相对来说放电环境并不如充电环境可控(如散热等)


电池的【最佳工作环境】为20摄氏度左右,在27摄氏度时会提供【100%】的标称性能/容量,这也是一般生产商用于测试、衡量电池性能、寿命的实验环境(温度)


使用电池的【建议最高温度】为50摄氏度,【最高安全温度】为60摄氏度,大多数的电池在零下20度的时候会【停止工作】


温度高于25至30摄氏度时,每10摄氏度的温度提升会提高大约2%的电池性能(容量释放),但是会降低电池循环次数/降低寿命。


低于27至20摄氏度时,电池容量会减少,内阻会增加。根据【使用的电解液不同】,有的电池在0摄氏度的时候只能提供标称50%的容量(参考)温度越低,电池所能释放的能量(容量)就会越少。


【总结】电池也就是一种消耗品,我们维护、延长电池的目的是为了尽量在可控的范围内增加其使用寿命、保障使用安全。如果纯粹是为了更长的寿命而影响到我们原本的使用目的,就得不偿失了。


3锂电池循环次数/寿命


一般我们可以看到电池生产商会在包装上标明电池的使用寿命,比如500次循环(充放电次数),即电池在充放电500个循环之内可以保障电池的正常容量和寿命。然而这个500次循环(充放电次数)是怎么被定义的呢?电池生产商一般采用用80%DOD标准来定义一支电池的寿命,即把电池容量消耗80%(剩余20%),然后充满,为一个循环(以模拟日常使用情况)


实际上,到底一个循环的定义是什么,到底怎么计算,目前是没有一个具体标准的.但是经过BatteryUniversity测试(以下皆为锂电池数据)得知:


从0%充电至100%,可在电池容量降至70%前,可循环300-500次;


从50%充电至100%,可在电池容量降至70%前,可循环1200-1500次;


从25%充电至100%,可在电池容量降至70%前,可循环2000-2500次;


从10%充电至100%,可在电池容量至降70%前,可循环3750-4700次。


【总结】综上所述,大家充电的时候不必过多纠结于电池的循环次数、剩余电量多久充电最合适.通过BatteryUniversity的实验数据来看,大家可以放心的随用随充了。


4锂电池长期存放环境


与其它充电电池不同,锂离子电池的容量会缓慢衰退,与使用次数无关,而与温度有关。可能的机制是内阻逐渐升高,所以,在工作电流高的电子产品更容易体现。【储存温度与容量永久损失速度的关系如图所示】


5锂离子电池放电


放电终止电压:锂离子电池的额定电压为3.6V(有的产品为3.7V),终止放电电压为2.5-2.75V(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)。电池的放电终止电压不应小于2.5(n是串联的电池数),低于终止放电电压继续放电称为过放,过放会使电池寿命缩短,严重时会导致电池失效。电池不用时,应将电池充电到保有20%的电容量,再进行防潮包装保存,3~6个月检测电压1次,并进行充电,保证电池电压在安全电压值(3V以上)范围内。


放电电流:锂离子电池不适合用作大电流放电,过大电流放电时内部会产生较高的温度而损耗能量,减少放电时间,若电池中无保护元件还会产生过热而损坏电池。因此电池生产工厂给出最大放电电流,在使用中不能超过产品特性表中给出的最大放电电流。


放电温度:不同温度下的放电曲线是不同的。在不同温度下,锂离子电池的放电电压及放电时间也不同,电池应在-20℃到+60℃温度范围内进行放电(工作)。


6贮存和运输


锂离子电池可贮存在温度为-5~35℃,相对湿度不大于75%的清洁、干燥、通风的环境中,应避免与腐蚀性物质接触,远离火源及热源,不要置于阳光直射的地方,不能随意拆卸电池。电池若长期贮存,电池电量应保持标称容量的30%~50%,推荐贮存的电池每6个月充电一次。


电池应包装成箱进行运输,在运输过程中应防止剧烈振动、撞击或挤压,防止日晒雨淋,可使用汽车、火车、轮船、飞机等交通工具进行运输。


7短路


关于锂离子电池的安全问题,请各位朋友重视。锂离子电池在充电过程中很容易发生短路情况。虽然大多数锂离子电池都带有防短路的保护电路,还有防爆线。但很多情况下,这个电路在各种情况下,不一定会起作用。防爆线能起的作用也很有限。


8过充


所有的锂离子电池,包括聚合物锂离子电池、锂铁电池等等,都非常害怕过充。锂离子电池如果充电时间过长,发生的爆炸的可能性就会加大。锂的化学性质非常活泼,很容易燃烧,当电池充放电时,电池内部持续升温,活化过程中所产生的气体膨胀,使电池内压加大。压力达到一定程度,如外壳有伤痕,即会破裂,引起漏液、起火,甚至爆炸。所以,大家在使用锂离子电池的时候要非常注意安全。


9充电注意事项


锂离子电池过度充放电会对正负极造成永久性损坏。过度放电导致负极碳片层结构出现塌陷,而塌陷会造成充电过程中锂离子无法插入;过度充电使过多的锂离子嵌入负极碳结构,而造成其中部分锂离子再也无法释放出来。充电量等于充电电流乘以充电时间,在充电控制电压一定的情况下,充电电流越大(充电速度越快),充电电量越小。电池充电速度过快和终止电压控制点不当,同样会造成电池容量不足,实际是电池的部分电极活性物质没有得到充分反应就停止充电,这种充电不足的现象随着循环次数的增加而加剧。


10锂离子电池的安全特性:


对于锂离子电池安全性能的考核指标,国际上规定了非常严格的标准,一只合格的锂离子电池在安全性能上应该满足以下条件:


(1)短路:不起火,不爆炸


(2)过充电:不起火,不爆炸


(3)热箱试验:不起火,不爆炸(150℃恒温10min)


(4)针剌:不爆炸(用Ф3mm钉穿透电池)


(5)平板冲击:不起火,不爆炸(10kg重物自1M高处砸向电池)


锂离子电池的优点:


(1)电压高单体电池的工作电压高达3.7-3.8V(磷酸铁锂的是3.2V),是Ni-Cd、Ni-MH电池的3倍。


(2)比能量大能达到的实际比能量为555Wh/kg左右,即材料能达到150mAh/g以上的比容量(3--4倍于Ni-Cd,2--3倍于Ni-MH),已接近于其理论值的约88%。


(3)循环寿命长一般均可达到500次以上,甚至1000次以上,磷酸铁锂的可以达到2000次以上。对于小电流放电的电器,电池的使用期限,将倍增电器的竞争力。


(4)安全性能好无公害,无记忆效应。作为Li-ion前身新型锂离子电池的锂电池,因金属锂易形成枝晶发生短路,缩减了其应用领域:Li-ion中不含镉、铅、汞等对环境有污染的元素:部分工艺(如烧结式)的Ni-Cd电池存在的一大弊病为“记忆效应”,严重束缚电池的使用,但Li-ion根本不存在这方面的问题。


(5)自放电小室温下充满电的Li-ion储存1个月后的自放电率为2%左右,大大低于Ni-Cd的25-30%,Ni-MH的30-35%。


(6)快速充电1C充电30分钟容量可以达到标称容量的80%以上,磷铁电池可以达到10分钟充电到标称容量的90%。


(7)工作温度工作温度为-25~45°C,随着电解液和正极的改进,期望能扩宽到-40~70°C。


(6)焚烧:不爆炸(煤气火焰烧烤电池)


11锂离子电池的缺点:


(1)衰老:与其它充电电池不同,锂离子电池的容量会缓慢衰退,与使用次数有关,也与温度有关。这种衰退的现象可以用容量减小表示,也可以用内阻升高表示。因为与温度有关,所以在工作电流高的电子产品更容易体现。用钛酸锂取代石墨似乎可以延长寿命。储存温度与容量永久损失速度的关系:(2)回收率:大约有1%的出厂新品因种种原因需要回收。


(3)不耐受过充:过充电时,过量嵌入的锂离子会永久固定于晶格中,无法再释放,可导致电池寿命短。


(4)不耐受过放:过放电时,电极脱嵌过多锂离子,可导致晶格坍塌,从而缩短寿命。


最后再帮大家具体总结一下一些随手可以做到,延长锂电池性能的习惯和做法吧!


1、最佳充电温度为5摄氏度至45摄氏度,不要在0度以下,45摄氏度以上时充电。


2、锂电池放电温度尽可能的低于50摄氏度。


3、不要过放,或者放电至0%时充电,可以随用随充。


4、长期存放锂电池时,剩余电量保持在40%至60%之间最佳,温度接近0摄氏度最佳。

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