锂电池充电方法及使用误区

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  一、锂电池的使用锂误区

  误区1:锂电池也会记忆效应

  不少朋友认为,锂电池必须将电量用光,否则也有可能出现记忆效应,其实这个概念*早来自镍镉电池,镍镉电池有记忆效应,如果不放尽电量,电池会随使用次数的增加而呈现出电量愈来愈少的状态,后来的镍氢电池已经得到了改进,已经没有明显的记忆效应,因为镍氢电池还是会出现一定程度的晶格化导致容量降低,仍然需要经常的彻底充放电来保持其正常的电量。而锂电池则基本上没有记忆效应,可以随时充放电而不会影响电池的容量。

  从另一个角度来讲,电池记忆效应是指电池的可逆失效,即电池失效后可重新回复的性能。而锂电池是不可逆的,性能及容量只会随着使用而不断地减少,也就是说锂电池不存在记忆效应,另外,消除电池记忆需要进行深充深放,也就是电池电压要到达1.0V,手机不可能坚持到电池电压到1V时关机,之前镍镉电池也需要一些专门的设备进行这样的深度放电。

  综上,锂电池不存在记忆效应,用户也不必担心,我们可以这么想,锂电池的诞生就是为了消除记忆效应带来的麻烦,让我们可以随时对电池充电,而没有任何顾虑。

  误区2:新锂电池需要进行激活

  这又是一个老话题,很大一部分消费者认为电池是需要激活的,几乎所有的销售人员这么说,电池前三次充电是要充满12小时的,要激活电池。大部分消费者都这么做了,而且有些人将电池效能不佳归咎于电池没有很好的激活。

  那么电池需要激活吗?答案是肯定的,需要激活!但是,这个过程是由生产厂家完成的,与用户无关,用户也没有能力完成。锂电池真正的激活过程是这样的:锂离子电池壳灌输电解液--封口--化成,就是恒压充电,然后放电,如此进行几个循环,使电极充分浸润电解液充分活化,直至容量达到要求为止,这个就是激活过程--分容,也就是说出厂后锂离子电池到用户手上已经是激活过的了。另外,其中有些电池的激活过程需要电池处于开口状态,激活以后再封口,除非您拥有了电芯生产设备,否则如何完成?

  可是为什么有些产品的说明书上写着,简易用户前三次使用,要对手机进行完全的充放电呢?难道这不是激活吗?其实事实是这样的,在电池出厂,然后销售,再到用户的手中,会经历一段时间,一个月或者几个月,这样一来,电池的电极材料就会“钝化”,说明书里建议初次使用的电池*好进行三次完全充放过程,是为了快速消除电极材料的钝化,达到*高效能。但是这个过程完全不需要12个小时,应该是充满为止。其实我们不理会这点,正常使用一段时间也同样可以消除钝化。

  误区3:锂电池只能充放电500次

  相信绝大部分消费者都听说过,锂电池的寿命是“500次”,500次充放电,超过这个次数,电池就“寿终正寝”了,许多朋友为了能够延长电池的寿命,每次都在电池电量完全耗尽时才进行充电,这样对电池的寿命真的有延长作用吗?答案是否定的。

  其实这里有一个概念错误,锂电池的寿命是“500次”,指的不是充电的次数,而是一个充放电的周期,比如,先充40%,用了一段时间以后又充了20%,下次用过以后又充了30%,再下次20%……在该20%的中途,即刚补充了10%的电力之时,总共累计完成一个充电周期。之后是下一个周期。

  一块锂电在**天只用了一半的电量,然后又为它充满电。如果第二天还如此,即用一半就充,总共两次充电下来,这只能算作一个充电周期,而不是两个。因此,通常可能要经过好几次充电才完成一个周期。每完成一个充电周期,电量就会减少一点。不过,减少幅度非常小,高品质的电池充过多次周期后,仍然会保留原始电量的80%。假设一次完全放电的电量是Q,一块电池的周期为500次,那么它在寿命中提供的总电量是500Q,如果我们将电量用到一半时充电,设充电次数为A,简单地求解,1/2Q*A=500Q,A应该是1000次。因此对于电池寿命,我们可以用周期来衡量,但是绝不要用次数来衡量。

  误区4:追求*高性能,过充过放

  还有一些朋友,为了追求电池的性能,喜欢对电池过度充电和放电。这将对锂离子电池的正负极造成**的损坏,从分子层面看,可以直观的理解,过度放电将导致负极碳过度释出锂离子而使得其片层结构出现塌陷,过度充电将把太多的锂离子硬塞进负极碳结构里去,而使得其中一些锂离子再也无法释放出来。这也是锂离子电池为什么通常配有充放电的控制电路的原因。

  另外,现在大多数手机采用了脉冲式的大电流快速充电,到接近电量快满的时候,为了防止过充,电路会从高电流脉冲转换为一种逐渐缩小的涓流充电,这样即使满电检测有部分偏差,由于越接近满电电流越小,在*后时刻的充电电流已经接近0。因此对于这类充电设备,过充也是白费功夫。

  对于锂电池性能在100次使用之后,达到一个峰值的说法也是错误的,对于液态锂离子电池,却根本不存在这样一个循环容量的驼峰现象,从锂离子电池出厂到*终报废,其容量的表现就是用一次少一次,循环时不会出现性能回升的现象。

  二、充电电池的种类

  1.镍镉电池(Ni-Cd)

  电压:1.2V

  使用寿命为:500次

  放电温度为:-20度~60度

  充电温度为:0度~45度

  备注:耐过充能力较强。

  2.镍氢电池(Ni-MH)

  电压:1.2V

  使用寿命为:1000次

  放电温度为:-10度~45度

  充电温度为:10度~45度

  备注:目前*高容量是2100mAh左右。

  3.锂离子电池(Li-lon)

  电压:3.6V

  使用寿命为:500次

  放电温度为:-20度~60度

  充电温度为:0度~45度

  备注:重量比镍氢电池轻30%~40%,容量高出镍氢电池60%以上。但是不耐过充,如果过充会造成温度过高而破坏结构=>爆炸。

  4.锂聚合物电池(Li-polymer)

  电压:3.7V

  使用寿命为:500次

  放电温度为:-20度~60度

  充电温度为:0度~45度

  备注:锂电的改良型,没有电池液,而改用聚合物电解质,可以做成各种形状,比锂电池稳定。

  5.铅酸电池(Sealed)

  电压:2V

  使用寿命为:200~300次

  放电温度为:0度~45度

  充电温度为:0度~45度

  备注:就是一般车用电瓶(它是以6个2V串联成12V的),免加水的电池使用寿命长达10年,但体积和*量是*大的。

  电池充电的名词解释

  1.充电率(C-rate)

  C是Capacity的**个字母,用来表示电池充放电时电流的大小数值。

  例如:充电电池的额定容量为1100mAh时,即表示以1100mAh(1C)放电时间可持续1小时,如以200mA(0.2C)放电时间可持续5小时,充电也可按此对照计算。

  2.终止电压(Cut-off discharge voltage)

  指电池放电时,电压下降到电池不宜再继续放电的*低工作电压值。

  根据不同的电池类型及不同的放电条件,对电池的容量和寿命的要求也不同,因此规定的电池放电的终止电压也不相同。

  3.开路电压(Open circuit voltage OCV)

  电池不放电时,电池两极之间的电位差被称为开路电压。

  电池的开路电压,会依电池正、负极与电解液的材料而异,如果电池正、负极的材料完全一样,那么不管电池的体积有多大,几何结构如何变化,起开路电压都一样的。

  4.放电深度(Depth of discharge DOD)

  在电池使用过程中,电池放出的容量占其额定容量的百分比,称为放电深度。

  放电深度的高低和二次电池的充电寿命有很深的关系,当二次电池的放电深度越深,其充电寿命就越短,因此在使用时应尽量避免深度放电。

  5.过放电(Over discharge)

  电池若是在放电过程中,超过电池放电的终止电压值,还继续放电时就可能会造成电池内压升高,正、负极活性物质的可逆性遭到损坏,使电池的容量产生明显减少。

  6.过充电(Over charge)

  电池在充电时,在达到充满状态后,若还继续充电,可能导致电池内压升高、电池变形、漏夜等情况发生,电池的性能也会显著降低和损坏。

  7.能量密度(Energy density)

  电池的平均单位体积或质量所释放出的电能。

  一般在相同体积下,锂离子电池的能量密度是镍镉电池的2.5倍,是镍氢电池的1.8倍,因此在电池容量相等的情况下,锂离子电池就会比镍镉、镍氢电池的体积更小,重量更轻。

  8.自我放电(Self discharge)

  电池不管在有无被使用的状态下,由于各种原因,都会引起其电量损失的现象。

  若是以一个月为单位来计算的话,锂离子电池自我放电约是1%-2%、镍氢电池自我放电约3%-5%。

  9.充电循环寿命(Cycle life)

  充电电池在反复充放电使用下,电池容量回逐渐下降到初期容量的60%-80%。

  10.记忆效应(Memory effect)

  在电池充放电过程中,会在电池极板上产生许多小气泡,时间一久,这些气泡会减少电池极板的面积,也间接影响电池的容量。

  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 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,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*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。很多手机说明书上介绍的新电池充电一定要超过十二小时的说法都是错误的!

  此外,锂电池的手机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。 此外在对某些手机上,充电超过一定的时间后,如果不去取下充电器,这时系统不仅不停止充电,还将开始放电-充电循环。也许这种做法的厂商自有其目的,但显然对电池和手机/充电器的寿命而言是不利的。

  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。

  三、正常使用中应该何时开始充电

  我们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,这种说法显然是错误的!

  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**不是用到关机再充电),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! 而当你需要充电以应付预计即将到来的会导致通讯繁忙的重要事件的时候,即使在电池尚有很多余电时,那么你也只管提前充电,因为你并没有真正损失一次充电循环寿命!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"尽量把手机电池的电量用完,*好用到自动关机"。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,不得不送来检修。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。

  实际经验证明:放电深度达到100%的锂电池报废率为50%(多年的事实证明放电深度达99%以上的锂电用维修电源能激活的也只有半数,其余半数报废!)

  对锂电池手机的正确做法

  归结起来,我对锂电池手机在使用中的充放电问题*重要的提示是:

  1、按照标准的时间和程序充电,即使是前三次也要如此进行.先将充电器(线充)插上电源然后再将充电器的输出端插上手机充电端口.有人要问:是开机充电好,还是关机充电好呢?答:都行!少数牌子的手机在关机充电时是不能为手机里的后备电池(在主板上的小锂电,为32.768时钟晶体供电)充电的,只有在待机状态下用直充才能为后备电池充电!

  2、当出现手机电量过低提示时,应该尽量及时开始充电;锂电池在过放电的情况下*易损坏!

  3、锂电池的激活并不需要特别的方法,在手机正常使用中锂电池会自然激活 。如果你执意要用流传的"前三次12小时长充电 激活 "方法,实际上也不会有效果。一般来讲,根据电池容量大小的不同,充电时间在2--4小时之间. 因此,所有追求12小时超长充电和把锂电池手机用到自动关机的做法,都是错误的!

  四、电池的保养

  1. 不必刻意保证每一次都放完电了再充;

  2. 一段时间可做一次保护电路控制下的深充放以修正电池的电量统计,但这不会提高你电池的实际容量。

  3. 长期不用的电池,应放在阴凉的地方以减弱其内部自身钝化反应的速度。

  4. 保护电路也无力监控电池的自放电,长期不用的电池,应充入一定的电量以防电池在存贮中自放电过量导致过度放电的损坏。

  其实电池没有太多要顾及的使用注意,换句话说是顾及也没有太大用。一个电池能使用多少次,也许差别更多的来自电池本身制造中的个体差异,而不是使用方法。选择具有良好口碑的手机品牌,无疑是日后电池使用长寿命的保障之一。

  1.认识记忆效应

  电池记忆效应是指电池的可逆失效,即电池失效后可重新回复的性能.记忆效应是指电池长时间经受特定的工作循环后,自动保持这一特定的倾向.这个*早定义在镍镉电池,镍镉的袋式电池不存在记忆效应,烧结式电池有记忆效应.而现在的镍金属氢(俗称镍氢)电池不受这个记忆效应定义的约束. 因为现代镍镉电池工艺的改进,上述的记忆效应已经大幅度的降低,而另外一种现象替换了这个定义,就是镍基电池的"晶格化",通常情况,镍镉电池受这两种效应的综合影响,而镍氢电池则只受"晶格化"记忆效应的影响,而且影响较镍镉电池的为小.在实际应用中,消除记忆效应的方法有严格的规范和一个操作流程.操作不当会适得其反。

  对于镍镉电池,正常的维护是定期深放电:平均每使用一个月(或30次循环)进行一次深放电(放电到1.0v/每节,老外称之为exercise),平常使用是尽量用光电池或用到关机等手段可以缓解记忆效应的形成,但这个不是exercise,因为仪器(如手机)是不会用到1.0v/每节才关机的,必须要专门的设备或线路来完成这项工作,幸好许多镍氢电池的充电器都带有这个功能. 对于长期没有进行exercise的镍镉电池,会因为记忆效应的累计,无法用exercise 进行容量回复,这时则需要更深的放电(老外称recondition),这是一种用很小的电流长时间对电池放电到0.4v每节的一个过程,需要专业的设备进行. 对于镍氢电池,exercise进行的频率大概每三个月一次即可有效的缓解记忆效应. 因为镍氢电池的循环寿命远远低于镍镉电池,几乎用不到recondition这个方法.

  ▲建议1:

  每次充电以前对电池放电是没有必要,而且是有害的,因为电池的使用寿命无谓的减短了。

  ▲建议2:

  用一个电阻接电池的正负极进行放电是不可取的,电流没法控制,容易过放到0v,甚至导致串联电池组的电池极性反转。

  2.电池需要激活吗?

  回答是电池需要激活,但这不是用户的要做的事.我参观过锂离子电池的生产厂, 锂离子电池在出厂以前要经过如下过程:锂离子电池壳灌输电解液---封口----化成,就是恒压充电,然后放电,如此进行几个循环,使电极充分浸润电解液,充分活化,以容量达到要求为止,这个就是激活过程---分容,就是测试电池的容量选取不同性能(容量)的电池进行归类,划分电池的等级,进行容量匹配等.这样出来的锂离子电池到用户手上已经是激活过的了.我们大家常用的镍镉电池和镍氢电池也是如此化成激活以后才出厂的.其中有些电池的激活过程需要电池处于开口状态,激活以后再封口,这个工序也只可能有电芯生产厂家来完成了.这里存在一个问题,就是电池厂出厂的电池到用户手上,这个时间有时会很长,短则1个月,长则半年,这个时候,因为电池电极材料会钝化,所以厂家建议初次使用的电池*好进行3~5次完全充放过程,以便消除电极材料的钝化,达到*大容量.在2001年颁布的三个关于镍氢.镍镉和锂离子电池的国标中,其初始容量的检测均有明确规定,对电池可以进行5次深充深放,当有一次符合规定时,试验即可停止.这很好的解释了我说的这个现象.

  那么称之为"第二次激活"也是可以的,用户初次使用的"新"电池尽量进行几次深充放循环.

  然而据我的测试(针对锂离子电池),存储期在1~3个月之内的锂离子电池, 对它进行深充深放的循环处理,其容量提高现象几乎不存在.(我在专题讨论区有关于电池激活的测试报告)。

  3.前三次要充12小时吗?

  这个问题是紧扣上面的电池激活问题的,姑且设出厂的电池到用户手上有电极钝化现象,为了激活电池进行深充深放电循环3次.其实这个问题转化为深充是不是就是要充12个小时的问题.

  答案是不需要充12小时.早期的手机镍氢电池因为需要补充和涓流充电过程,要达到***的充饱状态,可能需要5个小时左右,但是也是不需要12个小时的.而锂离子电池的恒流恒压充电特性更是决定了它的深充电时间无需12个小时.对于锂离子电池有人会问,既然恒压阶段锂离子电池的电流逐渐减小,是不是当电流小到无穷小的时候才是真正的深充.我曾经画出恒压阶段电流减小对时间的曲线,对它进行多次曲线拟合,发现这个曲线可以用1/x的函数方式接近与零电流,实际测试时因为锂离子电池本身存在的自放电现象,这个零电流是永远不可能到达的. 以600mah的电池为例,设置截至电流为0.01c(即6ma),它的1c充电时间不超过150 分钟,那么设置截至电流为0.001c(即0.6ma),它的充电时间可能为10小时---这个因为仪器精度的问题,已经无法精确获得,但是从0.01c到0.001c获的容量经计算仅为1.7mah,以多用的7个多小时来换取这仅仅的千分之三不到的容量是没有任何实际意义的.何况,还有其它的充电方式,比如脉冲充电方式使锂离子电池来达到4.2v的限制电压,它根本没有截止*小电流判断阶段,一般150分钟后它就是100%充饱了.许多手机都是用脉冲充电方式的.有人曾经用手机显示充饱后,再用座充进行充电来确认手机的充饱程度,这个测试方法欠严谨.首先座充显示绿灯不是检测真正充饱与否的一个依据。

  检测锂离子电池充饱与否的***终的方法就是测试在不充电(也不放电)状态时的锂离子电池的电压.所谓恒压阶段电流减小其真正的目的就是逐渐减小在电池内阻上因充电电流而产生的附加电压,当电流小到0.01c,比如6ma,这个电流乘与电池内阻(一般在200毫欧之内)仅为1mv,可以认为这时的电压就是无电流状态的电池电压.其次,手机的基准电压不一定等于座充的基准电压,手机认为充饱的电池到了座充上,座充却不认为已经充饱,却继续进行充电。

  4.充电电池有*佳状态吗?

  有一种说法就是,充电电池使用得当,会在某一段循环范围出现*佳的状态,就是容量*大.这个要分情况,密封的镍氢电池和镍镉电池,如果使用得当(比如定期的维护,防止记忆效应的产生和累计),一般会在100~200个循环处达到其容量的*大值,比如出厂容量为1000mah的镍氢电池用了120次循环后,其容量有可能达到1100mah.几乎所有的日*本镍氢电池生产商的技术规格书中描述镍基电池的循环特性的图上我都能看到这样的描述.

  镍基电池有*佳状态,一般在100~200循环次数之间达到其*大容量对于液态锂离子电池,却根本不存在这样一个循环容量的驼峰现象,从锂离子电池出厂到*终电池报废为止,其容量的表现就是用一次少一次.我在对锂离子电池做循环性能的时候也从来没有看到过有容量回升的迹象.

  锂离子电池没有*佳状态.值得一提的是,锂离子电池更容易受环境温度的变化而表现不同的性能,在25~40 度的环境温度会表现其*好性能,而低温或高温状态,他的性能就大打折扣了.要使你的锂离子电池充分展现它的容量,一定要细心的注意使用环境,防止高低温现象,比如手机放在汽车的前台上,中午的太阳直射很容易就可以使其超过60度,北方的用户的电池待机时间,同等网络情况下,就没有南方的用户长了.

  5.真的是充电电流越大,充电越快吗?

  对于恒流充电的镍基电池, 可以这么说,而对应锂离子电池,这个是不完全正确的。

  对于锂离子电池的充电,在一定电流范围内(1.5c~0.5c),提高恒流恒压充电方式的恒流电流值,并不能缩短充饱锂离子电池的时间.

  6.直充标的输出电流就等于充电电流吗?

  这就要讨论手机的充电方式了,对于充电管理在手机里面的,设定同样一个直充( 实际应称为电源适配器)的输出如:5.3v 600maa.充电管理是开关方式(高频脉宽调整pwm方式),这个充电方式,手机并没有完全利用直充的输出能力,直充工作在恒压段,输出5.3v,此时真正的充电电流由手机的充电管理进行调整,而且肯定要小于600ma,一般在300~400ma.这个时候,大家看到的直充的输出电流就不是手机的充电电流.比如motorola的许多直充其输出为 5.0v 1a,真正对电池充电的也就用到了500ma足矣,因为手机的电池容量也不过 580mah.

  这时直充上标的输出电流就不等于实际充电电流。

  b.充电管理为脉冲方式的,这个充电方式,手机完全利用了直充的限流电流,就是用了600ma在电池上,这个时候,直充的输出电流就是充电电流了. 当然以上的都是指在锂离子电池的恒流阶段或镍氢电池的充电而言。如果手机没有充电管理,把充电的管理移到了直充上,比如许多的cdma手机都是如此,这个就没什么好说的,它的输出写的很明白,比如输出:4.2v 500ma,这个就是锂离子电池恒流恒压两个数据了。

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