鋰離子電池的原理和維護(hù)

這篇文章最初是專門針對(duì)筆記本電腦使用鋰離子電池的問題而寫的，但是它也適用于手機(jī)鋰離子電池的使用，所以它可能是有幫助的學(xué)習(xí)。本文大部分系統(tǒng)摘錄，出版者做了簡(jiǎn)短的更正，希望版主不要?jiǎng)h除這篇文章。

我們愛機(jī)的鋰離子電池保養(yǎng)到底該怎么算正確呢?這個(gè)問題一直困擾著許多忠實(shí)的手機(jī)用戶，包括我。在查閱了一些資料之后，我最近有機(jī)會(huì)咨詢了一位電化學(xué)博士研究生。現(xiàn)在就把最近獲得的一些相關(guān)常識(shí)和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)寫出來。

鋰離子電池的正極材料通常由鋰活性化合物組成，而負(fù)極材料則是具有特殊分子結(jié)構(gòu)的碳。常用的陽(yáng)極材料是LiCoO2。當(dāng)充電時(shí)，電池極所新增的電勢(shì)迫使正極的化合物釋放鋰離子，鋰離子嵌在以片狀結(jié)構(gòu)排列的碳中。當(dāng)鋰離子放電時(shí)，鋰離子與層狀碳分離并與陽(yáng)極化合物結(jié)合。鋰離子的運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)電流。

雖然化學(xué)反應(yīng)的原理很簡(jiǎn)單，但在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，還要考慮更多的實(shí)際問題:正極材料要添加劑來維持反復(fù)充放電的活性;負(fù)極材料要在分子結(jié)構(gòu)層面進(jìn)行規(guī)劃，以容納更多的鋰離子;正負(fù)電極之間的電解質(zhì)不僅要穩(wěn)定，還要有良好的導(dǎo)電性，以降低電池的內(nèi)阻。

雖然鋰離子電池很少有鎳鎘電池(通過結(jié)晶起用途)的召回效果，但它們?cè)阡囯x子電池中很少有同樣的效果。然而，由于各種原因，鋰離子電池在反復(fù)充電后的容量仍然會(huì)下降。首先是陽(yáng)極和陰極材料本身的改性。從分子水平上看，正極和負(fù)極上含有鋰離子的空腔結(jié)構(gòu)將逐漸坍塌并被堵塞。從化學(xué)角度看，它是正極和負(fù)極材料的鈍化，出現(xiàn)副用途以出現(xiàn)穩(wěn)定的其他化合物。在物理上，正極材料逐漸脫落，最終減少了電池充放電過程中鋰離子自由移動(dòng)的數(shù)量。

過度充電和放電,在鋰離子電池的電極造成永久性傷害到分子水平,可以直觀的了解,陽(yáng)極碳排放會(huì)導(dǎo)致過度釋放鋰離子及其層結(jié)構(gòu)崩潰,過度充電將把太多的鋰離子硬塞入陰極碳的結(jié)構(gòu),并使一些鋰離子再也無法釋放。這就是為何鋰離子電池經(jīng)常配備充放電控制電路。

不當(dāng)?shù)臏囟葧?huì)導(dǎo)致鋰離子電池中的其他化學(xué)反應(yīng)出現(xiàn)不要的化合物，所以很多鋰離子電池在正極和負(fù)極之間都裝有維修溫度控制膜片或電解液添加劑。當(dāng)電池溫度上升到一定程度時(shí)，復(fù)合膜孔閉合或電解質(zhì)變性，電池內(nèi)阻增大，直至電路斷開，電池不再受熱，保證電池正常充電溫度。

深度充電能提高鋰離子電池的實(shí)際容量嗎?專家們毫不含糊地告訴我，這根本說不通。他們甚至說，根據(jù)他們的常識(shí)，所謂的激活前三個(gè)完整的電荷是沒有必要的。但是為何很多人在深度充電后會(huì)改變電池信息的容量呢?我們稍后再談。

鋰離子電池一般配備一個(gè)處理芯片和一個(gè)充電控制芯片。在處理過程中，芯片具有一系列的寄存器、容量、溫度、ID、充電狀態(tài)、放電時(shí)間等數(shù)值。這些值隨著應(yīng)用而逐漸改變。就我個(gè)人而言,我認(rèn)為的重要功能的實(shí)踐充放電一次一個(gè)月左右應(yīng)用程序中指令應(yīng)該糾正這些寄存器的值不當(dāng),所以電池的充電控制和標(biāo)稱容量符合電池的實(shí)際情況。