1.1 锂离子电池简介

1.1.1 锂离子电池(Li-ion Batteries)是锂电池发展而来。在介绍Li-ion之前，应先介绍锂电池。举例来讲，以前照相机里用的扣式电池就属 于锂电池。锂电池的正极材料是二氧化锰或亚硫酰氯，负极是锂。电池组装 完成后电池即有电压,不需充电.这种电池也可能充电,但循环性能不好,在 充放电循环过程中,容易形成锂枝晶,造成电池内部短路,所以一般情况下这 种电池是禁止充电的。

1.1.2 后来，日本索尼公司发明了以炭材料为负极，以含锂的化合物作正极，在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电 池。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过 电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极 的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样， 当对电池进行放电时(即我们使用电池的过程)，嵌在负极碳层中的锂离子 脱出， 又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。

1.1.3 我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。在 Li-ion 的充放电过程中，锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。Li-ion Batteries 就像一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就象运动员 一样在摇椅来回奔跑。所以 Li-ion Batteries 又叫摇椅式电池。

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1.2. 锂离子电池的组成

1.2.1 钢壳/铝壳系列：

(1)电池上下盖

(2)正极——活性物质一般为氧化锂钴

(3)隔膜——一种特殊的复合膜

(4)负极——活性物质为碳

(5)有机电解液

(6)电池壳(分为钢壳和铝壳两种)

1.2.2 软包装系列

(1)正极——活性物质一般为氧化锂钴

(2)隔膜——PP 或者 PE 复合膜

(3)负极——活性物质为碳

(4)有机电解液

(5)电池壳——铝塑复合膜

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1.3. 锂离子电池原理

1.3.1 锂系电池分为锂电池和锂离子电池。目前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。 手机等 PDA 产品使用的是 锂离子电池，而真正的锂电池由于危险性大，没有应用于日常电子产品。 锂离子电池以碳素材料为负极，以含锂的化合物作正极，没有金属锂存 在，只有锂离子，这就是锂离子电池。锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物 为正极材料电池的总称。锂离子电池的充放电过程，就是锂离子的嵌入和脱 嵌过程。在锂离子的嵌入和脱嵌过程中，同时伴随着与锂离子等当量电子的 嵌入和脱嵌(习惯上正极用嵌入或脱嵌表示，而负极用插入或脱插表示)。 在充放电过程中，锂离子在正、负极之间往返嵌入/脱嵌和插入/脱插，被形 象地称为“摇椅电池”。

1.3.2 锂离子电池能量密度大，平均输出电压高。自放电小，每月在

10%以下。没有记忆效应。工作温度范围宽为-20℃～60℃。循环性能优越、 可快速充放电、充电效率高达 100%，而且输出功率大。使用寿命长。没有 环境污染，被称为绿色电池。

1.3.3 充电是电池重复使用的重要步骤，锂离子电池的充电过程分

为两个阶段：恒流快充阶段(指示灯呈红色或黄色)和恒压电流递减阶段(指 示灯呈绿色)。恒流快充阶段，电池电压逐步升高到电池的标准电压，随后 在控制芯片下转入恒压阶段，电压不再升高以确保不会过充，电流则随着电 池电量的上升逐步减弱到 0，而最终完成充电。电量统计芯片通过记录放电 曲线可以抽样计算出电池的电量。锂离子电池在多次使用后，放电曲线会发 生改变，锂离子电池虽然不存在记忆效应，但是充电不当会严重影响电池性 能。

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

iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii.

1.3.4 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。

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1.4. 锂离子电池的种类

1.4.1 不可充电的锂电池有多种，目前常用的有锂-二氧化锰电池、锂

—亚硫酰氯电池及锂和其它化合物电池。

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，并采用有机 电解液的一次性电池。该电池的主要特点是电池电压高，额定电压为 3V(是 一般碱性电池的 2 倍);终止放电电压为 2V;比能量大(见上面举的例子); 放电电压稳定可靠;有较好的储存性能(储存时间 3 年以上)、自放电率低(年 自放电率≤2%);工作温度范围-20℃～+60℃。

该电池可以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)。

2)可充电锂离子电池

可充电锂离子电池是目前手机中应用最广泛的电池，但它较为“娇气”， 在使用中不可过充、过放(会损坏电池或使之报废)。因此，在电池上有保护 元器件或保护电路以防止昂贵的电池损坏。 锂离子电池充电要求很高，要 保证终止电压精度在 1%之内，目前各大半导体器件厂已开发出多种锂离子 电池充电的 IC，以保证安全、可靠、快速地充电。

1.4.2 根据锂离子电池所用电解质材料不同，锂离子电池可以分为液

态锂离子电池(lithium ion battery, 简称为 LIB)和聚合物锂离子电池(p olymer lithium ion battery, 简称为 LIP)两大类。聚合物锂离子电池所 用的正负极材料与液态锂离子都是相同的，电池的工作原理也基本一致。 它们的主要区别在于电解质的不同, 液态锂离子电池使用的是液体电解质, 而聚合物锂离子电池则以固体聚合物电解质来代替, 这种聚合物可以是 “干态”的,也可以是“胶态”的,目前大部分采用聚合物胶体电解质。聚 合物锂离子电池可分为三类：

(1)固体聚合物电解质锂离子电池。电解质为聚合物与盐的混合物， 这种电池在常温下的离子电导率低，适于高温使用。

(2)凝胶聚合物电解质锂离子电池。即在固体聚合物电解质中加入增 塑剂等添加剂，从而提高离子电导率，使电池可在常温下使用。 (3)聚合物正极材料的锂离子电池。采用导电聚合物作为正极材料， 其比能量是现有锂离子电池的 3 倍，是最新一代的锂离子电池。由于用固 体电解质代替了液体电解质,与液态锂离子电池相比，聚合物锂离子电池具 有可薄形化、任意面积化与任意形状化等优点，也不会产生漏液与燃烧爆 炸等安全上的问题，因此可以用铝塑复合薄膜制造电池外壳，从而可以提 高整个电池的比容量;聚合物锂离子电池还可以采用高分子作正极材料， 其质量比能量将会比目前的液态锂离子电池提高 50%以上。

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此外,聚合物锂离子电池在工作电压、充放电循环寿命等方面都比锂离子电池有所提高。

基于以上优点，聚合物锂离子电池被誉为下一代锂离子电池。 聚合物锂离子(Lithium ion polymer)电池，具有更高能量密度、小型化、薄型化、 轻量化、高安全性、长循环寿命与低成本的新型电池。因此，在未来 2～3 年内，聚合物锂电池取代锂离子电池市场的份额将达 50%。

1.4.3 当前手机已被广泛使用，早期的手机中多使用镍氢电池，但灵

巧型的手机则是锂离子电池。正确地使用锂离子电池对延长电池寿命是十分 重要的。锂离子电池是目前应用最为广泛的锂电池，它根据不同的电子产品 的要求可以做成扁平长方形、圆柱形、长方形及扣式，并且有由几个电池串 联在一起组成的电池组。 锂离子电池的额定电压为 3.6V(有的产品为 3.7 V)。充满电时的终止充电电压与电池阳极材料有关：阳极材料为石墨的 4.2 V;阳极材料为焦炭的 4.1V。不同阳极材料的内阻也不同，焦炭阳极的内阻 略大，其放电曲线也略有差别。一般称为 4.1V 锂离子电池及 4.2V 锂离子电 池。现在使用的大部分是 4.2V 的，锂离子电池的终止放电电压为 2.5V～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)。低 于终止放电电压继续放电称为过放，过放对电池是有损害的。

1.4.4 锂离子电池不适合用作大电流放电，过大电流放电时会降低放

电时间(内部会产生较高的温度而损耗能量)。因此电池生产工厂给出最大放 电电流，在使用中应小于最大放电电流。 锂离子电池对温度有一定要求， 工厂给出了充电温度范围、放电温度范围及保存温度范围。 锂离子电池对 充电的要求是很高的，它要求精密的充电电路以保证充电的安全。终止充电 电压精度允差为额定值的_1%(例如:充 4.2V 的锂离子电池，其允差为_0.0 42V)，过压充电会造成锂离子电池永久性损坏。锂离子电池充电电流应根据 电池生产厂家的建议，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，以防止过热损坏电池或 产生爆炸。

1.4.5 锂离子电池充电分为两个阶段：先恒流充电，到接近终止电压时改

为恒压充电。以 800mAh 容量的电池为例，其终止充电电压为 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 接近 4.2V 时，改成 4.2V 恒压充电，电流渐降，电压变化不大，到充电电流降为 1/10C(约 80mA)时，认为接近充满，可以终止充电(有的充电器到 1/10C 后启动 定时器，过一定时间后结束充电)。 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，会造成电池的损坏或降低使用寿命。

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1.5. 锂离子电池优缺点

1.5.1 锂离子电池具有以下优点：

1. 电压高，单体电池的工作电压高达 3.6-3.9V，是 Ni-Cd、 Ni-H 电池的 3 倍

2. 比能量大，目前能达到的实际比能量为 100-125Wh/kg 和 240-300Wh/L(2 倍于 Ni-Cd，1.5 倍于 Ni-MH),未来随着技术发展, 比能量可高达 150Wh/kg 和 400 Wh/L

3. 循环寿命长,一般均可达到 500 次以上,甚至 1000 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 10%左右，大大低于 Ni-Cd 的 25-30%，Ni、MH 的 30-35%。

6. 可快速充放电，1C 充电是容量可以达到标称容量的 80%以上。

7. 工作温度范围高，工作温度为-25~45_C，随着电解质和正极的 改进，期望能扩宽到-40~70_C。

1.5.2.锂离子电池也存在着一定的缺点

1. 电池成本较高。 主要表现在正极材料 LiCoO2 的价格高 (Co 的资源较少)，电解质体系提纯困难。

2. 不能大电流放电。 由于有机电解质体系等原因，电池内阻相对

其他类电池大。故要求较小的放电电流密度，一般放电电流在 0.5C 以下， 只适合于中小电流的电器使用。

3. 需要保护线路控制 。

A. 过充保护：电池过充将破坏正极结构而影响性能和寿命;同时过充 电使电解液分解，内部压力过高而导致漏液等问题;故必须在 4.1V-4.2V 的 恒压下充电;

B. 过放保护：过放会导致活性物质的恢复困难，故也需要有保护线路 控制。

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4)充电电池定义

充电电池又称：蓄电池、二次电池，是可以反复充电使用的电池。常见 的有：铅酸电池(用于汽车时，俗称“电瓶”)、镉镍电池、氢镍电池、锂 离子电池。

5)电池的额定容量

电池的额定容量指在一定放电条件下，电池放电至截止电压时放出的电 量。IEC 标准规定镍镉和镍氢电池在 20_5℃环境下，以 0.1C 充电 16 小时 后以 0.2C 放电至 1.0V 时所放出的电量为电池的额定容量。单位有 Ah, mAh (1Ah=1000mAh)

1.6. 如何正确使用锂离子电池.

正确使用锂离子电池应注意以下几点：

避免在严酷条件下使用，如：高温、高湿度、夏日阳光下长时间暴晒等， 避免将电池投入火中;

装、拆电池时，应确保用电器具处于电源关闭状态;使用温度应保持在 -20~55℃之间;

避免将电池长时间“存放”在停止使用的用电器具中;

1.6.1.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，而 且可以非常明确的告诉大家，在所查阅过的严肃的且正式的技术资料中都强 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。

此外，锂电池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

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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，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。

1.6.2、正常使用中应该何时开始充电

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

jjjjjjjjjjjjjjjjjjj. 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。当然如果折合到实 际充电的相对总容量：10%*1000=100，100%*200=200，后者的完全充放电还 是要比较好一些，但前面网友的那个说法要做一些修正：在正常情况下，你 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，当然你如果 愿意背着充电器到办公室又当别论。

电池剩余电量用完再充的原则并不是要你走向极端。和长充电一样流传 甚广的一个说法，就是“尽量把电池的电量用完”。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，不幸的是它也在锂电池上流传之今。 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。

建议手机电池的电量保持在满格的状态，当电量不满的时候就开始充 电，2-3 小时以内为宜。