
锂电池的工作原理:
锂电池的正极材料主要由锂的活性化合物构成,而负极则采用特殊结构的碳材料。以LiCoO2为例,正极在充电过程中会释放锂离子,这些离子会嵌入到负极的碳材料中。放电时,锂离子则从碳材料中释放出来,回到正极的化合物中。这一过程产生了电流。
尽管锂电池的化学反应原理看似简单,但在实际工业生产中,需要解决的问题复杂得多。例如,正极材料需要添加稳定剂以保持其活性,负极材料的设计需要能够容纳更多的锂离子。此外,电解液不仅要稳定,还必须具有良好的导电性,以降低电池内阻。
与镍镉电池不同,锂电池很少出现记忆效应,其主要原因是结晶化,在锂电池中这种反应几乎不会发生。然而,即使如此,锂电池在多次充放电后容量仍会下降,这是由于多种复杂因素造成的。例如,正负极材料的结构可能会发生变化,导致空穴结构塌陷和堵塞;化学反应可能会导致活性降低和副反应,生成其他稳定化合物;物理上还可能出现正极材料剥落等情况,最终减少可自由移动的锂离子的数量。
过度充电和放电都会对电池的正负极造成永久性损坏。过度放电会导致负极碳结构塌陷,而过度充电则会将过多锂离子硬塞入负极碳中,导致部分锂离子无法释放。因此,锂电池通常配备有充放电控制电路。
不适当的温度也会导致不希望的化学反应,因此,许多锂离子电池的正负极之间设有保护性的温控隔膜或电解质添加剂。当电池温度升高到一定程度时,隔膜孔闭合或电解质变性,内阻增大至断路,阻止电池继续升温,确保充电温度正常。
专家指出,深度充放电并不能提升锂电池的实际容量,所谓的“激活”过程也没有必要。然而,许多人观察到深度充放电后电池信息中的标示容量发生改变,这将在后续讨论中解释。
锂离子电池通常配备有管理芯片和充电控制芯片。管理芯片中有一系列寄存器,存储容量、温度、ID、充电状态、放电次数等数值。这些数值在使用过程中会发生变化。有人认为,建议每月全充放一次电池的做法,主要是为了修正这些寄存器中的错误值,使电池的充电控制与实际容量相符。
充电控制芯片主要负责管理电池的充电过程。锂离子电池的充电过程分为恒流快充阶段和恒压电流递减阶段。恒流快充阶段,电池电压逐渐升高到标准电压,随后转入恒压阶段,电压不再升高以防止过充,电流则随着电池电量的增加逐步减小至0,完成充电。
电量统计芯片通过记录放电曲线(电压、电流、时间),可以抽样计算出电池的电量,即我们在电池信息中读到的wh值。由于锂离子电池在多次使用后放电曲线会变化,如果芯片未能读取完整的放电曲线,计算出的电量可能不准确。因此,深度充放电有助于校准电池芯片。