【浩博电池资讯】全面认识锂电池

便携式电子产品以电池作为电源。随着便携式产品的迅猛发展，各种电池的用量大增，而且开宣布许多新式电池。除大家较了解的高功能碱性电池、可充电的镍镉电池、镍氢电池外，还有近年来开发的锂电池。本文首要介绍有关锂电池的基本知识。这包含它的特性、首要参数、类型的意义、运用规模及运用留意事项等。
　　锂是一种金属元素，其化学符号为Li(其英文名为lithium)，是一种银白色、非常柔软、化学功能活泼的金属，在金属中是最轻的。它除了运用于原子能工业外，可制作特种合金、特种玻璃(电视机上用的荧光屏玻璃)及锂电池。在锂电池中它用作电池的阳极。
锂电池也分成两大类：不行充电的及可充电的两类。不行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(或者还原功能极差)。而可充电的电池称为二次性电池(也称为蓄电池)。它能将电能转变成化学能储存起来，在运用时，再将化学能转换成电能，它是可逆的，如电能化学能锂电池的首要特点
　　灵活型便携式电子产品要求尺度小、重量轻，但电池的尺度及重量与其它电子元器材比较往往是最大的及最重的。例如，想当年的“大哥大”是相当“粗大、粗笨”，而今日的手机是如此的轻巧。其中电池的改善是起了重要效果的：过去是镍镉电池，现在是锂离子电池。
锂电池的最大特点是比能量高。什么是比能量呢?比能量指的是单位重量或单位体积的能量。比能量用Wh/kg或Wh/L来表明。Wh是能量的单位，W是瓦、h是小时；kg是千克(重量单位)，L是升(体积单位)。这儿举一个例来阐明：5号镍镉电池的额外电压为1?2V，其容量为800mAh，则其能量为0?96Wh(1?2V×0?8Ah)。相同尺度的5号锂－二氧化锰电池的额外电压为3V，其容量为1200mAh，则其能量为3?6Wh。这两种电池的体积是相同的，则锂－二氧化锰电池的比能量是镍镉电池的3?75倍!
　　一节5号镍镉电池约重23g，而一节5号锂－二氧化锰电池约重18g。一节锂－二氧化锰电池为3V，而两节镍镉电池才2?4V。所以选用锂电池时电池数量少(使便携式电子产品体积减小、重量减轻)，而且电池的作业寿数长。
　　另外，锂电池具有放电电压安稳、作业温度规模宽、自放电率低、储存寿数长、无记忆效应及无公害等优点。
锂电池的缺陷是价格贵重，所以现在尚不能遍及运用，首要运用于掌上计算机、PDA、通讯设备、照相机、卫星、导弹、鱼雷、仪器等。随着技能的发展、工艺的改善及出产量的添加，锂电池的价格将会不断地下降，运用上也会更遍及。

不行充电的锂电池
　　不行充电的锂电池有多种，现在常用的有锂－二氧化锰电池、锂—亚硫酰氯电池及锂和其它化合物电池。本文仅介绍前两种最常用的。
　　1?锂－二氧化锰电池(Li?MnO2)
　　锂－二氧化锰电池是一种以锂为阳极、以二氧化锰为阴极，并选用有机电解液的一次性电池。该电池的首要特点是电池电压高，额外电压为3V(是一般碱性电池的2倍)；停止放电电压为2V；比能量大(见上面举的比如)；放电电压安稳可*；有较好的储存功能(储存时刻3年以上)、自放电率低(年自放电率≤2％)；作业温度规模－20℃～＋60℃。
　　该电池能够做成不同的外形以满足不同要求，它有长方形、圆柱形及纽扣形(扣式)。圆柱形的也有不同的直径及高度尺度。这儿罗列大家较了解的1＃(尺度代码D)、2＃(尺度代码C)及5＃(尺度代码AA)电池的首要参数，如表1所示。
　　类型中的CR表明为圆柱形锂－二氧化锰电池；五位数字中，前两位表明电池的直径,后三位表明带一位小数的高度。例如，CR14505，其直径为14mm，高度为50?5mm(这种类型是通用的)。
　　这儿要指出的是不同工厂出产的同类型的电池其参数可能有些不同。另外，表1中的规范放电电流值是较小的，实践放电电流能够大于规范放电电流，而且接连放电及脉冲放电的允许放电电流也不同，由电池厂供给有关数据。例如，力兴电源公司出产的CR14505给出最大接连放电电流为1000mA，最大脉冲放电电流可达2500mA。
　　照相机顶用的锂电池多半是锂－二氧化锰电池。这儿将照相机中常用的锂－二氧化锰电池列入表2，供参阅。
　　纽扣式(扣式)电池尺度较小，其直径为12?5～24?5mm，高度为1?6～5?0mm。几种较常用的扣式电池如表3所示。
　　表3中的类型CR为圆柱形锂－二氧化锰电池，后四位数字中前两位为电池的直径尺度，后两位为带小数点的高度尺度。例如，CR1220的直径为12?5mm(不包含小数点后的数)，其高度为2?0mm。这种类型表明办法是国际通用的。
　　这种扣式电池常用于时钟、计算器、电子记事本、照相机、助听器、电子游戏机、IC卡、备用电源等。
2?锂－亚硫酰氯电池(Li?SOCl2)
　　锂－亚硫酰氯电池是比能量最高的一种，现在可达到500Wh/kg或1000Wh/L的水平。它的额外电压是3?6V，以中等电流放电时具有极端平整的3?4V放电特性(可在90％容量规模内平整地放电，坚持不大的改变)。电池能够在－40℃～＋85℃规模内作业，但在－40℃时的容量约为常温容量的50％。自放电率低(年自放电率≤1％)、储存寿数长达10年以上。
　　常见的1＃、2＃及5＃圆柱形锂－亚硫酰氯电池的参数如表4所示。
　　以1＃(尺度代码D)镍镉电池与1＃锂－亚硫酰氯电池的比能量作一个比较：1＃镍镉电池的额外电压为1?2V，容量为5000mAh；1＃锂－亚硫酰氯的额外电压为3?6V，容量为10000mAh，则后者的比能量比前者大6倍!
运用留意事项
　　上述两种锂电池是一次性电池，不行充电(充电时有风险!)；电池正负极之间不行短路；不行以过大电流放电(超越最大放电电流放电)；电池运用至停止放电电压时，应从电子产品中及时取出；用完的电池不行揉捏、焚烧及拆卸；不行超越规定温度规模运用。
　　因为锂电池的电压高于一般电池或镍镉电池，运用时不要搞错以免损坏电路。通过了解类型中的CR、ER就能够知道它的种类及额外电压。在购买新电池时，必定要按本来的类型来买，不然会影响电子产品功能。▲
可充电的锂电池
　　可充电的锂电池有多种，如锂-钒氧化物电池，锂离子电池及国外新开发的锂-聚合物电池等。这儿仅介绍前两种，重点介绍锂离子电池。
　　可充电锂离子电池是现在手机中运用最广泛的电池，但它较为“娇气”，在运用中不行过充、过放(会损坏电池或使之作废)。因此，在电池上有维护元器材或维护电路以避免贵重的电池损坏。
锂离子电池充电要求很高，要确保停止电压精度在1%之内，现在各大半导体器材厂已开宣布多种锂离子电池充电的IC，以确保安全、可*、快速地充电。
　　现在手机已非常遍及，手机中一部分是镍氢电池，但灵活型的手机则是锂离子电池。正确地运用锂离子电池对延伸电池寿数是非常重要的。
1. 锂-钒氧化物电池(Li-V6O13)
　　锂-钒氧化物电池以锂为阳极、钒氧化物为阴极、无机盐的有机溶剂为电解质组成。它的特点是能够充电。以2号电池为例，将锂-钒氧化物电池与锂-二氧化锰电池及锂-亚硫酰氯电池比较较如表5所示。
由表5可知，因为锂-钒氧化物电池的额外电压仅为2.8V，而且额外容量也小，故与其它两种锂电池比较，其比能量是最小的。该类圆柱形电池的首要参数如表6所示。从表6可看出，其充电次数(循环寿数)也不长，所以这种可充电电池不久就由锂离子电池替代了。
2. 锂离子电池(Li-Ion)
　　锂离子电池是现在运用最为广泛的锂电池，它根据不同的电子产品的要求能够做成扁平长方形、圆柱形、长方形及扣式，而且有由几个电池串联在一起组成的电池组。
锂离子电池的额外电压为3.6V(有的产品为3.7V)。充溢电时的停止充电电压与电池阳极资料有关：阳极资料为石墨的4.2V；阳极资料为焦炭的4.1V。不同阳极资料的内阻也不同，焦炭阳极的内阻略大，其放电曲线也略有不同，如图1所示。一般称为4.1V锂离子电池及4.2V锂离子电池。锂离子电池的停止放电电压为2.5V～2.75V(电池厂给出作业电压规模或给出停止放电电压，各参数略有不同)。低于停止放电电压继续放电称为过放，过放对电池会有损害。
　　锂离子电池不适合用作大电流放电，过大电流放电时会下降放电时刻(内部会发生较高的温度而损耗能量)。因此电池出产工厂给出最大放电电流，在运用中应小于最大放电电流。
锂离子电池对温度有必定要求，工厂给出了充电温度规模、放电温度规模及保存温度规模。
锂离子电池对充电的要求是很高的，它要求精细的充电电路以确保充电的安全。停止充电电压精度允差为额外值的±1%(例如，充4.2V的锂离子电池，其允差为±0.042V)，过压充电会形成锂离子电池永久性损坏。锂离子电池充电电流应根据电池出产厂的主张，并要求有限流电路以免发生过流(过热)。一般常用的充电率为0.25C～1C（C是电池的容量，如C=800mAh，1C充电率即充电电流为800mA）。在大电流充电时往往要检测电池温度，以避免过热损坏电池或发生爆破。
　　锂离子电池充电分为两个阶段：先恒流充电，到挨近停止电压时改为恒压充电，其充电特性如图2所示。这是一种800mAh容量的电池，其停止充电电压为4.2V。电池以800mA(充电率为1C)恒流充电，开始时电池电压以较大的斜率升压，当电池电压挨近4.2V时，改成4.2V恒压充电，电流渐降，电压改变不大，到充电电流降为1/10C(约80mA)时，以为挨近充溢，能够停止充电(有的充电器到1/10C后启动定时器，过必定时刻后完毕充电)。
　　各种锂离子电池的功能如表7所示。
　　表7(a)类型中的6位数字，前两位为高度尺度，中心两位为宽度尺度，后两位为长度尺度(mm)。例如LIS063048，其高为6.7mm，宽为29.9mm，长度为48mm。
　　表7(b)类型的四位数字中，前两位为直径，后两位为带一位小数点的高度尺度。例如LIR2025，它的直径为20mm，高度为2.5mm。
锂离子电池维护元件及维护电路
　　锂离子电池在充电或放电过程中若发生过充、过放或过流时，会形成电池的损坏或下降运用寿数。为此，开宣布各种维护元件及由维护IC组成的维护电路。它安装在电池或电池组中，使电池获得完善的维护。
1. 正温度系数聚合物维护元件
　　Tyco公司最近推出了VLR230(5×12mm)及VLR170(3.6×10mm)自复式条状维护元件，它专门用于锂离子电池或镍氢电池组作过流或过热维护。它在正常温度时本身电阻极低(如VLR230的阻值为0.015Ω)，一旦超越阈值电流或阈值温度，电阻会急剧升高而起到维护效果(该维护元件串联在电池电路中，有的安装在电池中)。元件的特性如图3所示，电路如图4所示。
这种维护元件在有短路及过充或过放状况发生时，发生很多的热使电池温度升高，因为维护元件的高阻抗而得到维护。当故障扫除或断开电路时，它有自复效果(即回到低阻抗)。
在60℃以下VLR170可供给700mA、VLR230可供给900mA充电或放电电流。两元件耐压均为12V。
2. 锂离子维护器IC
　　Texas公司最近开宣布内部集成了MOSFET开关的锂离子电池维护器IC，其尺度仅为4.55×3.44×0.88mm(类型为VCC3952A)，它适用于4mm厚的手机锂离子电池作维护用。它外部仅需求一个0.1μF的外表贴装式电容。器材作业电流5μA，可通过3A电流，有4.2V～4.35V四个规范过压电压。它还可用于单锂离子电池中。
　　本刊2000年第5期宣布了“锂-离子电池维护器IC—AIC1811”一文。该文较具体地介绍了它的作业原理及有关电路，这儿不再介绍。
　　最近Dallas公司开发了高精度锂离子电池监控器DS2760。它包含一个锂离子电池维护电路及一个25mΩ的电流灵敏电阻(电流检测电阻)，该器材是3.25×2.75mm管芯封装。其中有10位电流A/D变换器、10位电压A/D变换器、一个正负10位温度传感器及EEPROM等。它选用单线与主体系通讯来控制电池的充、放电，全面地维护锂离子电池。有爱好的读者可从网上查阅该监控器的有关内容(网址：http://www.dalsemi.com)。

　　运用留意事项
　　锂离子电池运用留意事项除与上述不行充电的锂电池相同外，在充电方面还应留意以下几点：
1. 锂离子电池有4.1V及4.2V停止充电的不同品种，因此在充电时留意的是4.1V的电池不能用4.2V的充电器充电，不然会有过充的风险(4.1V与4.2V的充电器用的充电器IC是不同的!)。
2. 对电池充电时，其环境温度不能超越产品特性表中所列的温度规模。
3. 不能反向充电。
4. 不能用充镍镉电池的充电器(充三节镍镉电池的)来充锂离子电池(尽管额外电压相同，都是3.6V)，但充电方法不同，简单形成过充。
在放电方面应留意以下几点：
1. 锂离子电池放电电流不能超越产品特性表中给出最大放电电流。放电电流较大时，会发生较高的温度(损耗能量)，削减放电时刻，若电池中无维护元件会发生过热而损坏电池。
2. 不同温度下放电曲线是不同的，如图5所示。从图中能够看出，在不同的温度下，其放电电压及放电时刻也不同。在-20℃放电时状况最差。
在储存方面：
1. 电池若长时刻储存，要坚持在50%放电态。
2. 电池应保存在低温、干燥坏境中。
3. 要远离热源，也不要置于阳光直射的当地。
　　锂离子电池不适合用作大电流放电，过大电流放电时会下降放电时刻(内部会发生较高的温度而损耗能量)。因此电池出产工厂给出最大放电电流，在运用中应小于最大放电电流。
　　锂离子电池对温度有必定要求，工厂给出了充电温度规模、放电温度规模及保存温度规模。
　　锂离子电池对充电的要求是很高的，它要求精细的充电电路以确保充电的安全。停止充电电压精度允差为额外值的±1%(例如，充4.2V的锂离子电池，其允差为±0.042V)，过压充电会形成锂离子电池永久性损坏。锂离子电池充电电流应根据电池出产厂的主张，并要求有限流电路以免发生过流(过热)。一般常用的充电率为0.25C～1C（C是电池的容量，如C=800mAh，1C充电率即充电电流为800mA）。在大电流充电时往往要检测电池温度，以避免过热损坏电池或发生爆破。
　　锂离子电池充电分为两个阶段：先恒流充电，到挨近停止电压时改为恒压充电，其充电特性如图2所示。这是一种800mAh容量的电池，其停止充电电压为4.2V。电池以800mA (充电率为1C)恒流充电，开始时电池电压以较大的斜率升压，当电池电压挨近4.2V时，改成4.2V恒压充电，电流渐降，电压改变不大，到充电电流降为1/10C(约80mA)时，以为挨近充溢，能够停止充电(有的充电器到1/10C后启动定时器，过必定时刻后完毕充电)。
　　各种锂离子电池的功能如表7所示。
　　表7(a)类型中的6位数字，前两位为高度尺度，中心两位为宽度尺度，后两位为长度尺度(mm)。例如LIS063048，其高为6.7mm，宽为29.9mm，长度为48mm。
　　表7(b)类型的四位数字中，前两位为直径，后两位为带一位小数点的高度尺度。例如LIR2025，它的直径为20mm，高度尺度。例如LIR2025，它的直径为20mm，高度为2.5mm。
锂离子电池维护元件及维护电路
　　锂离子电池在充电或放电过程中若发生过充、过放或过流时，会形成电池的损坏或下降运用寿数。为此，开宣布各种维护元件及由维护IC组成的维护电路。它安装在电池或电池组中，使电池获得完善的维护。
1. 正温度系数聚合物维护元件
　　Tyco公司最近推出了VLR230(5×12mm)及VLR170(3.6×10mm)自复式条状维护元件，它专门用于锂离子电池或镍氢电池组作过流或过热维护。它在正常温度时本身电阻极低(如VLR230的阻值为0.015Ω)，一旦超越阈值电流或阈值温度，电阻会急剧升高而起到维护效果(该维护元件串联在电池电路中，有的安装在电池中)。元件的特性如图3所示，电路如图4所示。
这种维护元件在有短路及过充或过放状况发生时，发生很多的热使电池温度升高，因为维护元件的高阻抗而得到维护。当故障扫除或断开电路时，它有自复效果(即回到低阻抗)。
在60℃以下VLR170可供给700mA、VLR230可供给900mA充电或放电电流。两元件耐压均为12V。
2. 锂离子维护器IC
　　Texas公司最近开宣布内部集成了MOSFET开关的锂离子电池维护器IC，其尺度仅为4.55×3.44×0.88mm(类型为VCC3952A)，它适用于4mm厚的手机锂离子电池作维护用。它外部仅需求一个0.1μF的外表贴装式电容。器材作业电流5μA，可通过3A电流，有4.2V～4.35V四个规范过压电压。它还可用于单锂离子电池中。
　　本刊2000年第5期宣布了“锂-离子电池维护器IC—AIC1811”一文。该文较具体地介绍了它的作业原理及有关电路，这儿不再介绍。
　　最近Dallas公司开发了高精度锂离子电池监控器DS2760。它包含一个锂离子电池维护电路及一个25mΩ的电流灵敏电阻(电流检测电阻)，该器材是3.25×2.75mm管芯封装。其中有10位电流A/D变换器、10位电压A/D变换器、一个正负10位温度传感器及EEPROM等。它选用单线与主体系通讯来控制电池的充、放电，全面地维护锂离子电池。有爱好的读者可从网上查阅该监控器的有关内容(网址：http://www.dalsemi.com)。
运用留意事项
　　锂离子电池运用留意事项除与上述不行充电的锂电池相同外，在充电方面还应留意以下几点：
1. 锂离子电池有4.1V及4.2V停止充电的不同品种，因此在充电时留意的是4.1V的电池不能用4.2V的充电器充电，不然会有过充的风险(4.1V与4.2V的充电器用的充电器IC是不同的!)。
2. 对电池充电时，其环境温度不能超越产品特性表中所列的温度规模。
3. 不能反向充电。
4. 不能用充镍镉电池的充电器(充三节镍镉电池的)来充锂离子电池(尽管额外电压相同，都是3.6V)，但充电方法不同，简单形成过充。
　　在放电方面应留意以下几点：
1. 锂离子电池放电电流不能超越产品特性表中给出最大放电电流。放电电流较大时，会发生较高的温度(损耗能量)，削减放电时刻，若电池中无维护元件会发生过热而损坏电池。
2. 不同温度下放电曲线是不同的，如图5所示。从图中能够看出，在不同的温度下，其放电电压及放电时刻也不同。在-20℃放电时状况最差。
　　在储存方面：
1. 电池若长时刻储存，要坚持在50%放电态。
2. 电池应保存在低温、干燥坏境中。
3. 要远离热源，也不要置于阳光直射的当地。(