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锂电池的使用知识

作者:佚名  发表时间:2013-07-31

一、锂电池介绍
锂电池分成两大类:不可充电的和可充电的.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,如锂二氧化锰电池等.可充电的称为二次性电池,也就是俗称的锂离子电池(LI-ion).锂离子电池的正极是含锂的过渡金属氧化物,负极是碳素材料,如石墨等,电解质是含锂盐的有机溶液.电池中无论在正负极还是在电池隔膜中,锂都是以离子形式存在的.电池在工作时,锂离子在正负极及电解质隔膜中定向运动.当电池充电时,正极释放出锂离子到电解质中,这个过程是脱嵌;负极从电解质中吸入锂离子,这个过程是嵌入.而电池放电过程和上述情况正好相反,这种充放电时锂离子往返的嵌入和脱嵌的过程就好像摇椅一样摇来摇去,故有人形象的称锂离子电池为“摇椅电池”.
锂离子电池与镍氢电池相比,有很多优点.锂离子电池不存在记忆效应;相同的电容量下,体积非常小;使用电压为3.6 V,是镍镉电池、镍氢电池的3倍;可使用的温度范围广(-20℃ ~60℃),而镍氢电池为(0℃~50℃).同时锂离子电池的自放电率也比较低.自放电率,是指在一段时间内,电池在没有使用的情况下,自动损失的电量占总容量的百分比.一般在常温下,镍氢电池为每月25%~35% ,而锂离子电池只有每月5%~8%.但锂离子电池也有一些令人不满意的地方.如:锂离子电池有使用寿命,一般为两年,并且在不使用的状态下存储一段时间后,其部分容量会永久的丧失.锂离子电池的正负极材料从一出厂就已经开始了它的衰竭历程,不同温度和电池充饱状态,对其影响不同,如表1数据(所剩的电容量占原来电容量的百分比)所列。

表1
存储环境温度 40% 充电状态 100% 充电状态
0℃ 98%(一年后) 94%(一年后)
25℃ 96%(一年后) 80%(一年后)
40℃ 85%(一年后) 65%(一年后)
60℃ 75%(一年后) 60%(3个月后)


由此可见,存储温度越高和电池充得越饱,其容量损失就越厉害.所以不推荐长期保存锂离子电池,如果手中有闲置的电池,那么存储时充电水平不要超过40%,温度最好低于15℃ 或更低.而镍氢电池电池则几乎不受时效影响,长期存储的镍基电池在进行几个深充深放以后就可以恢复其原始容量了.但深充深放不能恢复锂离子电池的容量,并会对正负极造成永久的损坏.从分子层面看,过度放电将导致负极碳过度释出锂离子,而使得其片层结构出现塌陷,过度充电将把太多的锂离子硬塞进负极碳结构里去,而使得其中一些锂离子再也无法释放出来.

 

二、锂离子电池的充电过程
锂离子电池充电过程由预充电阶段、恒定电流充电阶段和恒定电压充电阶段三部分构成,如图1所示。预充电阶段即慢充,当电池电压值低于一定电压值时则以0.1C (C为电池容量)低电流充电,让长期处于放电状态而溶解的钝化膜还原,同时防止电池从深处放电状态进入快束充电阶段引起的电池过热现象 恒定电流充电阶段即快充以1 C的恒流进行充电,电池持续快速充电达到稳压限制值;恒定电压充电阶段即以恒定电压充电,充电电流则会下降到预先设定的结束阶段电流值。

三、手机锂电池的正确使用和保养
手机锂电池主要由三部分构成:锂离子电芯、保护电路(PCM)、外壳。手机锂电池的电芯又分为液体锂离子电芯和聚合物锂离子电芯。由于锂离子电池的化学特性,在正常使用过程中, 其内部进行电能与化学能相互转化的化学正反应,但在某些条件下,如对其过充电、过放电或过电流工作时,将会导致电池内部发生化学副反应,该副反应加剧后,会严重影响电池的性能与使用寿命,因此所有的锂离子电池都需要一个保护电路, 用于对电池的充、放电状态进行有效监测,并在某些条件下切断充、放电回路以防止损害电池。通常情况下,有保护电路的保护作用,手机锂电池的使用安全性能是较高的。

  1. 新电池首次充电时,用手触摸电池外壳温度是否过高,一般电池充电初期(1小时内)会发热,但温度不会太高:过后温度会接近环境温度;若充电1小时后,电池外壳温度很高(烫手),则有可能电池过充电保护电路存在问题,为安全起见,应停止使用该电池。
  2. 谨慎选择充电器,最好选择与电池同厂家的产品。
  3. 建议不要频繁充电,避免长时间充电,充满即可。
  4. 电池如果不慎摔过或被重物撞击过,请勿急于充电,一定要检查电池的外壳是否有裂纹,充电时注意电池外壳温度是否异常,以免内部保护电路损坏造成意外发生。

四、如何安全地使用手机锂电池
手机锂电池内部的锂离子在充放电过程中正极→负极→正极的运动状态, 由于锂本身活性较强,所以在充放电的过程中可能在正负极产生堆积,一旦发生堆积,就会产生锂晶枝(晶体生长的一种主要类型),晶枝有可能会刺穿绝缘层,造成微观短路,短路产生的大量热量造成电池里面的电解液、绝缘层材料局部气化,从而导致电池内气压增大,而当气压增大到一定程度,外壳的强度承受不了时就会发生爆炸。这表明锂离子电池过流充电会发生爆炸,特别是锂离子电池充电5倍率以上时容易发生爆炸。在小电流充电时,反应速度比结合速度慢,不会形成锂原子堆积,因此比较安全。在过流时形成锂原子速度快,因此会造成锂原子堆积,致使电池内阻短路,放出大量热量,使电解液分解产生大量气体,内压急剧上升造成电池爆炸。
此外,手机锂电池过热(150℃以上)会发生爆炸。由于锂在氧化钴和石墨中是以亚原子状态存在,在受热条件下其活性大大增加,在超过150℃ 以上时锂的作用大大减弱,锂的电子与锂原子核距离很近,接近或达到锂原子状态,锂原子与电解液能发生反应,造成电池爆炸。

  1. 尽可能地使用原装充电器。原装电池无论是做工、材料、安全等各方面完全按照国际电工安全标准制造的,基本是可以保证电池安全,而假冒电池不但少了过流保护器、过充保护线路和温度传感器,容易引起爆炸。兼容充电器虽说也能使用,但有些因为电气性能不合格,也会损坏电池。
  2. 不要将电池放在高温环境下 高温会导致电池热量提升,这时极容易爆炸。所以对电池进行充电或是放置带电池的手机时,一定要选择远离高温的地方,同时也要避免夏天时阳光的直射。
  3. 注意按照说明书的规定充电。第一次使用的锂电池应先充足电,一般不少于六小时。充电的时要留意电池和充电器的温度,发热是正常的,如果太热,会烫手就不正常了。由于一般电池的电极接点均是裸露在外的,还应避免暴露在潮湿、高温的环境中,以免造成短路的现象。
  4. 不要使用破损的原厂电池。锂电池破损后,在特殊的温度、湿度以及接触不良等情况或环境下也可能瞬间放电产生大电流,引发自燃或爆炸。
  5. 注意使用电池的方法。特别是手机充电的位置一般都在机底附近,分别带有正极和负极的两块铜片。若两块铜片无意中被金属物品连接起来,皆有可能出现短路,产生高温爆炸。不能把手机与金属物品如锁匙、硬币等同放裤袋。如发现手机发热,应尽快取出电池。