剖析锂离子电池的工作原理以及基本特性

锂离子电池的充电方式是限压横流方式。

充电开始时，应先检测待充电电池的电压，假如电压低于3V，要先进行预充电，充电电流为设定电流的1/10，一般选0.05C左右。电压升到3V后，进入标准充电过程。标准充电过程为：以设定电流进行恒流充电，电池电压升到4.20V时，改为恒压充电，保持充电电压为4.20V。此时，充电电流逐渐下降，当电流下降至设定充电电流的1/10时，充电结束。

一般锂离子电池充电电流设定在0.2C至1C之间，电流越大，充电越快，同时电池发热也越大。而且，过大的电流充电，容量不够满，因为电池内部的电化学反应要时间。就跟倒啤酒相同，倒太快的话会出现泡沫，反而不满。

术语解释：充放电电流一般用C作参照，C是对应电池容量的数值。电池容量一般用Ah、mAh表示，如M8的电池容量1200mAh，对应的C就是1200mA。0.2C就等于240mA。

锂离子电池的放电

对电池来说，正常使用就是放电啦。

锂离子电池放电只要注意很少的几点：第一，放电电流不能过大，过大的电流导致电池内部发热，有可能会造成永久性的损害。在手机上，这个倒是没有问题的，可以不考虑。第二，绝对不能过放电！锂离子电池最怕过放电，一旦放电电压低于2.7V，将可能导致电池报废。好在手机电池内部都已经装了保护电路，电压还没低到损坏电池的程度，保护电路就会起用途，停止放电。

1放电曲线

放电率愈高,电池容量愈低,温度低时,电池容量也会降低。不同的放电率表现出不同的电池容量，在较高的放电电流下，电池容量达不到额定值，电池电压因为电池的内阻而出现了较大的跌落（C为电池容量，单位Ah）。

2.2充电曲线

锂离子电池进行充电时的三个阶段：预充电、恒流充电和恒压充电。预充电的意义是要对电池的状态进行调整，使之进入可以进行大电流快速充电的状态；恒流充电的用途是将电能快速地储存到电池中，恒压充电阶段则是最后的调整阶段，它使电池的容量最大化。下图显示了充电的三个阶段：

预充电（Precharge）发生在电池电压比较低时，关于大多数锂离子电池来说，这个电压通常含义在3V以下，此阶段的充电电流一般控制在0.1C-0.3C左右。恒流充电（CC）的电流大多设定在0.5C-1C左右，电池电压被充电到设置的电压（一般为4.2V或4.35V，根据电池种类不同而不同）。恒压充电（CV）阶段，电流将逐渐下降，下降到一定程度（通常是0.1C）以后,可以认为电池已经充满了，充电过程将截止。

2.3循环寿命

循环次数是当一个电池所经历完整充放电的次数，是可由实际放电容量与设计容量来估计。每当累积的放电容量等于设计容量时，则循环次数一次。通常在500次充放电循环后，完全充电的电池容量约会下降10%〜20%。

2.4自放电率

所有电池的自放电都会随着温度上升而新增。自放电基本上不是制造上的瑕疵，而是电池本身特性。然而制造过程中不当的处理也会造成自放电的新增。通常电池温度每新增10C，自放电率即倍增。锂离子电池每个月自放电量约为1〜2%。

2.5充电温度控制

锂离子电池的工作温度范围是-20〜60℃，电池所处的温度对其充电会有重大影响。通常情况下，温度过低或过高时，应当禁止对电池进行充电操作。正常锂离子电池充电温度控制在10〜45℃。有的国家和地区还对电池充电制定了不同温度下的不同策略，日本在此方面是一个典型，特别制订的JEITA规范就要求在温度过低和过高时降低恒流充电电流、恒压充电电压，这一规范恰好与电池的容量随着温度的变化而变化的特性紧密对应。

在T2-T3温度范围内，充电电流和充电电压上限都在正常范围。在低温时（T1-T2）,锂离子反应缓慢，持续大电流充电时会出现大量热量加快电池老化，规划规定在此范围内充电电流降至0.5C，温度低于T1或高于T5时充电停止。在高温时（T3-T5）,假如充电期间电池表面温度升至T3以上，阴极材料开始变得更加活跃，会在电池电压升高时与电解质出现化学反应，温度过高会发生爆炸。因此在高温时要降低截至电压，T3-T4阶段，最大截至电压为4.15V。T4-T5阶段，最大截至电压为4.1V，使用低充电压确保电池安全性。

2.6锂离子电池保护

锂离子电池在使用中最重要的是要确保它不会被过度充电和放电，这两种行为对它的伤害都是不可修复的，甚至可能还是危险的，因为它的内部材料结构被破坏了，什么问题都可能表现出来。因此使用中首先要做的就是要给它加上保护电路，确保过度的行为不会发生。目前市面上锂离子电池保护IC很多，其功能都相同就是实现过流、过压保护和过充、过放保护，下图是截取自RT9545规格书的应用电路图：

在这里插入图片描述

在一般应用中，保护IC这部分电路是和电池一起放在电池包里的，用户能够看到的仅仅是+、-两个电极。使用锂离子电池时要注意是否内置保护芯片，确保锂离子电池在使用时不会被过放。电路中Q1和Q2既是用于实现放电和充电时的保护开关，当IC在开关两端检测到过大的电压压降时，就会强制MOSFET进入截止状态，从而关闭流过电池的电流，达到保护电池的目的。