小朋友生日趴策划:锂电池原理及使用

来源：百度文库 编辑：中财网 时间：2024/04/27 17:52:54

锂电池原理及使用▆▆▆▆

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锂电池原理及使用

如今消费电子设备的电源绝大多数采用的是锂电池，如手机、笔记本电脑、DC、DV、MP3、MP4、PDA、PSP等，但是在使用过程中，仍然存在很多误区。如何正确使用锂电池，就成为了大家关注的话题。通过百度知道、百度百科等网络资料，我们可以归纳总结出如下内容。

一、锂电池的工作原理

要正确使用锂电池，首先就要搞清楚它的工作原理。锂电池分不可充电的和可充电的两大类。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，我们所说的锂电池就是二次性锂离子电池的简称，指分别用二个能可逆地嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正负极构成的二次电池。人们将这种靠锂离子在正负极之间的转移来完成电池充放电工作的独特机理的锂离子电池形象地称为“摇椅式电池”。

锂离子电池的内部结构如下图所示：




电池由正极锂化合物、中间的电解质膜及负极碳组成。当电池充电时，锂离子从正极中脱嵌，在负极中嵌入，放电时反之。一般采用嵌锂过渡金属氧化物做正极，如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4。做为负极的材料则选择电位尽可能接近锂电位的可嵌入锂化合物，如各种碳材料，包括天然石墨、合成石墨、碳纤维、中间相小球碳素等和金属氧化物，包括SnO、SnO2、锡复合氧化物SnBxPyOz等。电解质采用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或它们复合膜。外壳采用钢或铝材料，具有防爆的功能。

锂离子电池与镍氢电池相比，有很多优点。锂离子电池几乎不存在记忆效应；相同的电容量下，体积非常小；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%。

二、锂电池的正确使用

对于大家来说，手机已经是日常生活、工作必不可少的通讯工具。在淘宝网上，手机也是热卖产品，淘宝数码网站http://shop14396012.xintaonet.com/也有详细热卖品牌及特价信息。可以看出来手机的保养，特别是手机锂电池的保养更成为人们关注的焦点。 所以首先我们来看看手机锂电池的使用和保养问题，然后来谈谈笔记本电脑锂电池的使用和保养。

(一)手机锂电池的使用

1.如何为新电池充电

在使用锂电池中应注意的是，电池放置一段时间后则进入休眠状态，此时容量低于正常值，使用时间亦随之缩短。但锂电池很容易激活，只要经过３—５次正常的充放电循环就可激活电池，恢复正常容量。由于锂电池本身的特性，决定了它几乎没有记忆效应。因此用户手机中的新锂电池在激活过程中，是不需要特别的方法和设备的。不仅理论上是如此，从我自己的实践来看，从一开始就采用标准方法充电这种“自然激活”方式是最好的。对于锂电池的“激活”问题，众多的说法是：充电时间一定要超过１２小时，反复做三次，以便激活电池。这种“前三次充电要充１２小时以上”的说法，明显是从镍电池（如镍镉和镍氢）延续下来的说法。所以这种说法，可以说一开始就是误传。锂电池和镍电池的充放电特性有非常大的区别，我所查阅过的所有严肃的正式技术资料都强调过充和过放电会对锂电池，特别是液体锂离子电池造成巨大的伤害。因而充电最好按照标准时间和标准方法充电，特别是不要进行超过１２个小时的超长充电。通常，手机说明书上介绍的充电方法，就是适合该手机的标准充电方法。

此外，锂电池的手机或充电器在电池充满后都会自动停充，并不存在镍电充电器所谓的持续１０几小时的“涓流”充电。也就是说，如果你的锂电池在充满后，放在充电器上也是白充。而我们谁都无法保证电池的充放电保护电路的特性永不变化和质量的万无一失，所以你的电池将长期处在危险的边缘徘徊。这也是我们反对长充电的另一个理由。此外在对某些手机上，充电超过一定的时间后，如果不去取下充电器，这时系统不仅不停止充电，还将开始“放电－充电”循环。也许这种做法的厂商自有其目的，但显然对电池和手机充电器的寿命而言是不利的。此外，不可忽视的另外一个方面就是锂电池同样也不适合过放电，过放电对锂电池同样也很不利。这就引出下面的问题。

2.如何在正常使用手机时充电

经常可以见到这种说法，因为充放电的次数是有限的，所以应该将手机电池的电尽可能用光再充电。但是我找到一个关于锂离子电池充放电循环的实验表，关于循环寿命的数据列出如下：

循环寿命１０％ＤＯＤ：＞１０００次

循环寿命１００％ＤＯＤ：＞２００次

其中ＤＯＤ是放电深度的英文缩写。从表中可见，可充电次数和放电深度有关，１０％ＤＯＤ时的循环寿命要比１００％ＤＯＤ的要长很多。在正常情况下，应该有保留地按照电池剩余电量用完再充的原则充电，但假如你的电池在你预计第２天不可能坚持整个白天的时候，就应该及时开始充电。而你需要充电以应付预计即将到来的会导致通讯繁忙的重要事件的时候，即使在电池尚有很多余电时，那么你也只管提前充电。和长充电一样流传甚广的一个说法，就是“尽量把手机电池的电量用完，最好用到自动关机”。这种做法其实只是镍电池上的做法，目的是避免记忆效应发生。曾经有人因为手机电池电量过低的警告出现后，仍然不充电继续使用一直用到自动关机的例子。结果这个例子中的手机在后来的充电及开机中均无反应，不得不送客服检修。这其实就是由于电池因过度放电而导致电压过低，以至于不具备正常的充电和开机条件造成的。

归结起来，锂电池手机在使用中的充放电问题最重要的提示是：

1) 按照标准的时间和程序充电，即使是前三次也要如此进行。

2) 当出现手机电量过低提示时，应该尽量及时开始充电。

3) 锂电池的激活并不需要特别的方法，在手机正常使用中锂电池会自然激活。

当然，在手机及充电器自身保护和控制电路质量良好的情况下，对锂电池的保护还是有相当保证的。所以对充电规则的理解才是重点，在某些情况下也是可以做出某种让步的。比如你发现手机在你夜晚睡觉前必须充电的话，你也可以在睡前开始充电。问题的关键在于，你应该知道正确的做法是什么，并且不要刻意按照错误的说法去做。

3.如何安全的使用手机锂电池

手机锂电池内部的锂离子在充放电过程中处于“正极→负极→正极”的往复运动状态。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。因此，使用过程中，应注意以下几点。

1)尽可能地使用原装电池和充电器。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。充电时要留意电池和充电器的温度，如果太热，会烫手就不正常了。

4)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。

5)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。

6)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。

(二)笔记本电脑锂电池的使用

笔记本电脑区别于台式电脑的一个重要特点就是它良好的移动性能。在很多场合，笔记本电脑并不方便外接电源，此时就需要电池挑起供电的重任了。但是很多人并不是很清楚在日常使用中应该如何合理地使用和保养电池。

1.新电池使用前的正确操作

前面介绍手机锂电池时已经说过，在理论上说来锂电池几乎没有记忆效应，但是实际上它还是有记忆效应的，只是比较轻微而已。因此，我们在将笔记本请回家以后，不要先急于使用，首先应该把新电池原有的余电使用完再进行充电。具体方法是在单独使用电池而不外接AC电源的情况下，可以按照以下步骤完成完全放电操作（以 Windows XP为例说明）：点击控制面板－性能与维护－电源选项－警报，取消电源不足警报提示，使用至电源严重短缺警报时（设为1－2％报警），即可认为已完全放电并关机（注意不要使用至断电自行关机，这样与掉电是没有区别的，对笔记本有一定损害）；放电完成后，再进行充电至完全充满（最好在关机状态下进行，并且不要在充电中途拔掉电源，而且当充电指示灯熄灭时还要继续充一段时间，很多时候电池此时只有80－97%的电力），同时将电源提示警报恢复到最初的提示报警状态。注意充电完成后，应等30分钟左右待电池基本冷却后再使用。

2.外接AC电源使用笔记本电脑时，电池的使用

电池的寿命长短不是由总的使用时间，而是由实际充放电次数来决定的。如果始终将电池装到电脑上不取下来，取掉 AC电源以后，由于锂电池所处的环境是不可能绝对绝缘的，并且电池中集成了控制电路，因此即使是在关闭电脑电源的时候电池也会逐渐放电。再次接上AC电源时，电池就会开始充电（大多数电池设计为电量在95％以下开始充电，不同型号电池设计有所不同），因此每当打开或关闭电源时，电池就会反复地充电和放电。这种做法对有很强电记忆效应的镍氢电池损伤是非常大的，虽然锂离子电池的电记忆效应相对较小，但是长时间的不完全充放电也会在一定程度上减少电池的寿命。另外，电脑工作时产生的热量也是会影响电池的寿命的。

因此在电脑使用环境供电稳定的情况下，建议大家将电池取下，而单独采用电源适配器供电。这样做的目的很简单，就是避免电池频繁的在不完全放电情况下被充电。当然，如果你使用电脑的环境供电状况非常糟糕，并且你没有外接UPS不间断电源时，最好还是把电池接上起到UPS的作用，毕竟和笔记本电脑比起来，一块电池还算是比较廉价的，不要捡了芝麻丢了西瓜。

3.取下电池的保管

取下电池的保管条件也是一个需要注意的问题。一般来说，应该注意环境温度在15-30摄氏度之间，并保存在干燥通风处。绝大多数笔记本电脑所使用的锂电池如果长时间不使用，往往容易出现“过度放电”的现象，可能再也无法进行充电。因此如果需要对电池进行长时间搁置保存，那么要保证电池中留有一定的电量，各个厂家对究竟该留多少剩余电量众说纷纭，不过笔者建议大家还是充满电后保存为好。另外长期不使用的电池在一个月内按前述正确方法至少进行一次完全充放电也是必须要做的工作，这样做的目的就是防止电池离子在长期未被使用的情况下失去电活性而导致再也无法再次充电。
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