新鋰電池是否要充電12小時？

1、新鋰電池是否要充電12小時?我們愛機的鋰電池究竟要如何保養(yǎng)才算正確？這個問題一直困擾著很多的忠實用戶，包括我。在查閱了一些資料之后，不久前有時機咨詢了一位電化學(xué)專業(yè)的在讀博士和國內(nèi)某知名電池研究所的副所長?，F(xiàn)將最近獲得的一些相關(guān)知識和心得寫岀來，以饗諸位讀者。鋰離子電池的正極材料通常有鋰的活性化合物組成， 負極那么是特殊分子結(jié)構(gòu)的碳。常見的正極材料 主要成分為LiCoO2，充電時，加在電池兩極的電勢迫使正極的化合物釋出鋰離子， 嵌入負極分子排列呈片層 結(jié)構(gòu)的碳中。放電時，鋰離子那么從片層結(jié)構(gòu)的碳中析岀， 重新和正極的化合物結(jié)合。 鋰離子的移動產(chǎn)生了電流?；瘜W(xué)反響原理雖然很簡單， 然而在實際的工

2、業(yè)生產(chǎn)中， 需要考慮的實際問題要多得多： 正極的材料 需要添加劑來保持屢次充放的活性，負極的材料需要在分子結(jié)構(gòu)級去設(shè)計以容納更多的鋰離子； 填充在正負極 之間的電解液，除了保持穩(wěn)定，還需要具有良好導(dǎo)電性，減小電池內(nèi)阻。雖然鋰離子電池很少有鎳鎘電池的記憶效應(yīng)，記憶效應(yīng)的原理是結(jié)晶化，在鋰電池中幾乎不會產(chǎn)生這種反應(yīng)。但是，鋰離子電池在屢次充放后容量仍然會下降，其原因是復(fù)雜而多樣的。 主要是正負極材料本身的變化，從分子層面來看，正負極上容納鋰離子的空穴結(jié)構(gòu)會逐漸塌陷、堵塞； 從化學(xué)角度來看，是正負極材料活性鈍 化，岀現(xiàn)副反響生成穩(wěn)定的其他化合物。物理上還會岀現(xiàn)正極材料逐漸剝落等情況，總之最終降低了電

3、池中可以自由在充放電過程中移動的鋰離子數(shù)目。過度充電和過度放電，將對鋰離子電池的正負極造成永久的損壞，從分子層面看，可以直觀的理解，過度放電將導(dǎo)致負極碳過度釋岀鋰離子而使得其片層結(jié)構(gòu)岀現(xiàn)塌陷，過度充電將把太多的鋰離子硬塞進負極碳結(jié)構(gòu)里去，而使得其中一些鋰離子再也無法釋放岀來。這也是鋰離子電池為什么通常配有充放電的控制電路的原因。所以在不少的鋰離子不適合的溫度，將引發(fā)鋰離子電池內(nèi)部其他化學(xué)反響生成我們不希望看到的化合物,電池正負極之間設(shè)有保護性的溫控隔膜或電解質(zhì)添加劑。在電池升溫到一定的情況下，復(fù)合膜膜孔閉合或電解質(zhì)變性，電池內(nèi)阻增大直到斷路，電池不再升溫，確保電池充電溫度正常。而深充放能提升鋰

4、離子電池的實際容量嗎？專家明確地告訴我,這是沒有意義的他們甚至說，所謂使用前三次全充放的“激活，在他們兩位博士的知識里，也想不通這有什么必要。然而為什么很多人深充放以后鋰離子電池一般都帶有管理芯片和充電控制芯片。其中管理芯片中有一系列的存放器，存有容量、溫度、 ID 、充電狀態(tài)、放電次數(shù)等數(shù)值。這些數(shù)值在使用中會逐漸變化。我個人認為，使用說明中的“使用一個月 左右應(yīng)該全充放一次 的做法主要的作用應(yīng)該就是修正這些存放器里不當?shù)闹担?使得電池的充電控制和標稱容 量吻合電池的實際情況。充電控制芯片主要控制電池的充電過程。 鋰離子電池的充電過程分為兩個階段， 恒流快充階段 電池指示 燈呈黃色時和恒壓電

5、流遞減階段 ( 電池指示燈呈綠色閃爍。恒流快充階段，電池電壓逐步升高到電池的標 準電壓， 隨后在控制芯片下轉(zhuǎn)入恒壓階段， 電壓不再升高以確保不會過充， 電流那么隨著電池電量的上升逐步減 弱到 0 ，而最終完成充電。電量統(tǒng)計芯片通過記錄放電曲線 電壓， 電流，時間可以抽樣計算出電池的電量， 這就是我們在 Battery Information 里讀到的 wh. 值。而鋰離子電池在屢次使用后，放電曲線是會改變的，如果芯片一直沒有時機 再次讀出完整的一個放電曲線，其計算出來的電量也就是不準確的。所以我們需要深充放來校準電池的芯片。最后我對電池的保養(yǎng)的看法是：1. 不必刻意保證每一次都放完電了再充；2

6、. 一段時間可做一次保護電路控制下的深充放以修正電池的電量統(tǒng)計，但這不會提高你電池的實際容 量。3. 長期不用的電池，應(yīng)放在陰涼的地方以減弱其內(nèi)部自身鈍化反響的速度。4. 保護電路也無力監(jiān)控電池的自放電， 長期不用的電池， 應(yīng)充入一定的電量以防電池在存貯中自放電過 量導(dǎo)致過度放電的損壞。其實電池沒有太多要顧及的使用注意， 換句話說是顧及也沒有太大用。 一個電池能使用多少次， 也許差異 更多的來自電池本身制造中的個體差異，而不是使用方法。選擇具有良好口碑的 品牌，無疑是日后電池使 用長壽命的保障之一。1.認識記憶效應(yīng)電池記憶效應(yīng)是指電池的可逆失效，即電池失效后可重新回復(fù)的性能 .記憶效應(yīng)是指電池

7、長時間經(jīng)受特定的工作循環(huán)后 , 自動保持這一特定的傾向 . 這個最早定義在鎳鎘電池 , 鎳鎘的袋式電池不存 在記憶效應(yīng) ， 燒結(jié)式電池有記憶效應(yīng) . 而現(xiàn)在的鎳金屬氫 俗稱鎳氫 電池不受這個記憶效應(yīng)定義的約束 . 因為 現(xiàn)代鎳鎘電池工藝的改進 ， 上述的記憶效應(yīng)已經(jīng)大幅度的降低 ， 而另外一種現(xiàn)象替換了這個定義 ， 就是鎳基電池 的晶格化， 通常情況 ， 鎳鎘電池受這兩種效應(yīng)的綜合影響 ， 而鎳氫電池那么只受 晶格化 記憶效應(yīng)的影響 ， 而且 影響較鎳鎘電池的為小 . 在實際應(yīng)用中 ， 消除記憶效應(yīng)的方法有嚴格的標準和一個操作流程 . 操作不當會適得其 反。對于鎳鎘電池 ， 正常的維護是定期深

8、放電 :平均每使用一個月 或 30次循環(huán) 進行一次深放電 放電到 1.0v/ 每節(jié) ， 老外稱之為 exercise， 平常使用是盡量用光電池或用到關(guān)機等手段可以緩解記憶效應(yīng)的形成， 但這個不是 exercise， 因為儀器 如 是不會用到 1.0v/ 每節(jié)才關(guān)機的 ， 必須要專門的設(shè)備或線路來完成這項工 作， 幸好許多鎳氫電池的充電器都帶有這個功能 . 對于長期沒有進行 exercise 的鎳鎘電池 ， 會因為記憶效應(yīng)的 累計 ， 無法用 exercise 進行容量回復(fù) ， 這時那么需要更深的放電 老外稱 recondition， 這是一種用很小的電流 長時間對電池放電到 0.4v 每節(jié)的一

9、個過程 ， 需要專業(yè)的設(shè)備進行 . 對于鎳氫電池 ，exercise 進行的頻率大概每 三個月一次即可有效的緩解記憶效應(yīng) . 因為鎳氫電池的循環(huán)壽命遠遠低于鎳鎘電池 ， 幾乎用不到 recondition 這個方法 .建議 1: 每次充電以前對電池放電是沒有必要 ， 而且是有害的 ， 因為電池的使用壽命無謂的減短了。建議 2:用一個電阻接電池的正負極進行放電是不可取的 ， 電流沒法控制 ， 容易過放到 0v， 甚至導(dǎo)致串聯(lián)電池組的電池 極性反轉(zhuǎn)。2 .電池需要激活嗎？答復(fù)是電池需要激活 ， 但這不是用戶的要做的事 . 我參觀過鋰離子電池的生產(chǎn)廠 ， 鋰離子電池在出廠以 前要經(jīng)過如下過程 : 鋰

10、離子電池殼灌輸電解液 - 封口 化成 ， 就是恒壓充電 ， 然后放電 ， 如此進行幾個循環(huán) ，使電極充分浸潤電解液 ， 充分活化 ，以容量到達要求為止 ，這個就是激活過程 - 分容，就是測試電池的容量選取 不同性能 容量的電池進行歸類 ,劃分電池的等級 ,進行容量匹配等 . 這樣出來的鋰離子電池到用戶手上已經(jīng)是 激活過的了 . 我們大家常用的鎳鎘電池和鎳氫電池也是如此化成激活以后才出廠的 . 其中有些電池的激活過程 需要電池處于開口狀態(tài) , 激活以后再封口 ,這個工序也只可能有電芯生產(chǎn)廠家來完成了 .這里存在一個問題 , 就 是電池廠出廠的電池到用戶手上 ,這個時間有時會很長 ,短那么 1個月

11、,長那么半年 ,這個時候 ,因為電池電極材料會 鈍化,所以廠家建議初次使用的電池最好進行 35 次完全充放過程 ,以便消除電極材料的鈍化 ,到達最大容量 . 在 2001 年公布的三個關(guān)于鎳氫 . 鎳鎘和鋰離子電池的國標中 , 其初始容量的檢測均有明確規(guī)定 , 對電池可以進 行 5 次深充深放 , 當有一次符合規(guī)定時 , 試驗即可停止 . 這很好的解釋了我說的這個現(xiàn)象 .那么稱之為 第二次激活 也是可以的 , 用戶初次使用的 新電池盡量進行幾次深充放循環(huán) .然而據(jù)我的測試 針對鋰離子電池 , 存儲期在 13 個月之內(nèi)的鋰離子電池 , 對它進行深充深放的循環(huán) 處理, 其容量提高現(xiàn)象幾乎不存在 .

12、 我在專題討論區(qū)有關(guān)于電池激活的測試報告。3 前三次要充12小時嗎？這個問題是緊扣上面的電池激活問題的 ,姑且設(shè)出廠的電池到用戶手上有電極鈍化現(xiàn)象 , 為了激活電池 進行深充深放電循環(huán) 3 次. 其實這個問題轉(zhuǎn)化為深充是不是就是要充12個小時的問題 . 那么我的另一片文章 論 電池的充電時間 已經(jīng)答復(fù)了這個問題。答案是不需要充12小時 .早期的 鎳氫電池因為需要補充和涓流充電過程 , 要到達最完美的充飽狀 態(tài),可能需要 5個小時左右 ,但是也是不需要 12個小時的 . 而鋰離子電池的恒流恒壓充電特性更是決定了它的深 充電時間無需 12個小時.對于鋰離子電池有人會問 ,既然恒壓階段鋰離子電池的電

13、流逐漸減小 ,是不是當電流 小到無窮小的時候才是真正的深充 . 我曾經(jīng)畫出恒壓階段電流減小對時間的曲線,對它進行屢次曲線擬合 ,發(fā)現(xiàn)這個曲線可以用 1/x 的函數(shù)方式接近與零電流 , 實際測試時因為鋰離子電池本身存在的自放電現(xiàn)象 , 這個零電 流是永遠不可能到達的.以600mah的電池為例，設(shè)置截至電流為0.01c即6ma,它的1c充電時間不超過150 分鐘,那么設(shè)置截至電流為 0.001c 即 0.6ma, 它的充電時間可能為 10小時- 這個因為儀器精度的問題 ,已經(jīng) 無法精確獲得 , 但是從 0.01c 到 0.001c 獲的容量經(jīng)計算僅為 1.7mah, 以多用的 7個多小時來換取這僅

14、僅的千分 之三不到的容量是沒有任何實際意義的 . 何況 , 還有其它的充電方式 , 比方脈沖充電方式使鋰離子電池來到達 4.2v 的限制電壓 , 它根本沒有截止最小電流判斷階段 , 一般 150分鐘后它就是 100%充飽了. 許多 都是用脈沖充電方式的有人曾經(jīng)用 顯示充飽后 , 再用座充進行充電來確認的充飽程度 , 這個測試方法欠嚴謹 . 首先座充顯示綠燈不是檢測真正充飽與否的一個依據(jù)。檢測鋰離子電池充飽與否的唯一最終的方法就是測試在不充電 也不放電 狀態(tài)時的鋰離子電池的電 壓.所謂恒壓階段電流減小其真正的目的就是逐漸減小在電池內(nèi)阻上因充電電流而產(chǎn)生的附加電壓, 當電流小到0.01c,比方6m

15、a，這個電流乘與電池內(nèi)阻一般在200毫歐之內(nèi)僅為1mv，可以認為這時的電壓就是無電流狀 態(tài)的電池電壓 . 其次 , 的基準電壓不一定等于座充的基準電壓 , 認為充飽的電池到了座充上 , 座充卻不認 為已經(jīng)充飽 , 卻繼續(xù)進行充電。4.充電電池有最正確狀態(tài)嗎？有一種說法就是，充電電池使用得當，會在某一段循環(huán)范圍出現(xiàn)最正確的狀態(tài)，就是容量最大這個 要分情況，密封的鎳氫電池和鎳鎘電池，如果使用得當比方定期的維護，防止記憶效應(yīng)的產(chǎn)生和累計，一 般會在10 02 0 0個循環(huán)處到達其容量的最大值，比方出廠容量為1000mah的鎳氫電池用了 120次循環(huán)后,其容量有可能到達1100mah幾乎所有的日本鎳氫

16、電池生產(chǎn)商的技術(shù)規(guī)格書中描述鎳基電池的循環(huán)特性的圖上 我都能看到這樣的描述鎳基電池有最正確狀態(tài) , 一般在 100200循環(huán)次數(shù)之間到達其最大容量對于液態(tài)鋰離子電池， 卻根本不 存在這樣一個循環(huán)容量的駝峰現(xiàn)象，從鋰離子電池出廠到最終電池報廢為止，其容量的表現(xiàn)就是用一次少一 次我在對鋰離子電池做循環(huán)性能的時候也從來沒有看到過有容量上升的跡象鋰離子電池沒有最正確狀態(tài) . 值得一提的是 , 鋰離子電池更容易受環(huán)境溫度的變化而表現(xiàn)不同的性 能,在2540 度的環(huán)境溫度會表現(xiàn)其最好性能 ,而低溫或高溫狀態(tài) ,他的性能就大打折扣了 .要使你的鋰離子電 池充分展現(xiàn)它的容量 , 一定要細心的注意使用環(huán)境 ,

17、防止上下溫現(xiàn)象 , 比方 放在汽車的前臺上 , 中午的太陽直 射很容易就可以使其超過 60度,北方的用戶的電池待機時間 ,同等網(wǎng)絡(luò)情況下 ,就沒有南方的用戶長了 .5 .真的是充電電流越大，充電越快嗎？ 論 電池的充電時間 一文中已經(jīng)講了這個問題 , 對于恒流充電的鎳基電池 , 可以這么說 , 而對應(yīng)鋰離子電池 , 這個是不完全正確的對于鋰離子電池的充電， 在一定電流范圍內(nèi) 1.5c0.5c, 提高恒流恒壓充電方式的恒流電流值 , 并不能 縮短充飽鋰離子電池的時間 .6 .直充標的輸出電流就等于充電電流嗎？這就要討論 的充電方式了 , 對于充電管理在 里面的 , 設(shè)定同樣一個直充 實際應(yīng)稱為電源適配器的輸出如：5.3v 600maa.充電管理是開關(guān)方式高頻脈寬調(diào)整pwm方式,這個充電方式， 并沒有完全利用 直充的輸出能力 , 直充工作在恒壓段 , 輸出 5.3v, 此時真正的充電電流由 的充電管理進行調(diào)整 , 而且肯定要 小于600ma,一般在300400ma.這個時候，大家看到的直充的輸出電流就不是的充電電流.比方motorola的許多直充其輸出為 5.0