鋰離子電池充電時的工作原理解析

發(fā)表時間：2017-08-09 14:16

鋰離子電池充電的工作原理就是指其充放電原理。當對電池進行充電時，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過電解液運動到負極。而作為負極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，到達負極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。同樣道理，當對電池進行放電時(即我們使用電池的過程)，嵌在負極碳層中的鋰離子脫出，又運動回到正極?；氐秸龢O的鋰離子越多，放電容量越高。我們通常所說的電池容量指的就是放電容量。不難看出，在鋰離子電池的充放電過程中，鋰離子處于從正極→負極→正極的運動狀態(tài)。倘若我們把鋰離子電池形象地比喻為一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子就象優(yōu)秀的運動健將，在搖椅的兩端來回奔跑。所以，專家們又給了鋰離子電池一個可愛的名字搖椅式電池。

鋰離子電池是前幾年出現(xiàn)的金屬鋰蓄電池的替代產(chǎn)品，它的陽極采用能吸藏鋰離子的碳極，放電時，鋰變成鋰離子，脫離電池陽極，到達鋰離子電池陰極。鋰離子在陽極和陰極之間移動，電極本身不發(fā)生變化。這是鋰離子電池與金屬鋰離子電池本質(zhì)上的差別。鋰離子電池的陽極為石墨晶體，陰極通常為二氧化鋰。充電時，陰極中鋰原子電離成鋰離子和電子，并且鋰離子向陽極運動與電子合成鋰原子。放電時，鋰原子從石墨晶體內(nèi)陽極表面電離成鋰離子和電子，并在陰極處合成鋰原子。所以，在該電池中鋰永遠以鋰離子的形態(tài)出現(xiàn)，不會以金屬鋰的形態(tài)出現(xiàn)，所以這種電池叫做鋰離子電池。

一、鋰離子電池的充放電特性

500mah的aa型鋰離子電池的充放電特性曲線。單只鋰離子電池的充電電壓最好保持在4.1v+50mv，充電電流通常限制在1c(500ma)以下，否則會造成鋰離子電池永久性損壞。鋰離子電池通常采用恒流/恒壓充電模式，即先采用1c的恒定電流充電，電池電壓不斷上升，當上升到4.1v時充電器應(yīng)立即轉(zhuǎn)入恒壓方式(4.1v+50mv)，充電電流逐漸減小，當電池充分電時，電流降到涓流充電電流。用此辦法，約莫兩個小時電池可以充分(500mah)。鋰離子電池放電電流不應(yīng)超過3c(1.5a)，單體電池電壓不應(yīng)低于2.2v，否則會造成損壞。采用0.2c的放電電流，電池電壓下降到2.7v時，可以放出額定電池容量(500mah)，采用1c的放電電流時，電池能夠放出90%的電池容量，另外環(huán)境的溫度對電池的放電容量也會出現(xiàn)影響，所以規(guī)定了鋰離子電池放電時的溫度為-20℃～+60℃。鋰離子電池的一個特點是比較容易顯示剩余電量，因為鋰離子電池的工作電壓隨時間徐徐下降，鋰離子電池放電起始電壓為4.1v(4.2v)，放電終止電壓為2.5v。

二、鋰離子電池的優(yōu)缺點

優(yōu)勢：1.工作電壓高;2.體積小、重量輕、能量高;3.壽命長;4.安全快速充電;5.準許溫度范圍寬;6.放電電流小、無記憶效應(yīng)、無環(huán)境污染。

缺點：1.與干電池無互換性;2.不能快速充電;3.內(nèi)部阻抗高;4.工作電壓變化大;5.放電速率大，容量下降快，無法大電流放電。

三、鋰離子電池充電器

下面解析一種新型的鋰離子電池充電器模塊ps1719，它采用恒流/恒壓方式控制鋰離子電池充電。恒流、恒壓調(diào)整方便，以充電電流減小到最大電流(恒流)的15%作為洋溢判別基準，并終止充電。此外還有充電顯示和洋溢顯示功能。ps1719模塊工作電壓為9v，內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

pS1719模塊為腳DIp封裝形式，各引腳功能如下：

GND(①、⑩腳)為輸入、輸出電壓接地引腳。

bATT-(②腳)接電池負極，對地接電流控制的反饋電阻。

LED(⑥腳)為充電狀態(tài)顯示引腳。高電平為充電顯示，低電平為洋溢顯示。能供應(yīng)或吸入電流3mA，可驅(qū)動LED。

bATT+(⑦腳)接電池正極。

CAp(⑧腳)外接抗干擾電容負極。電容正極接腳(Vo)，該電容為不小于0.22μF。當正脈沖輸入⑧腳時，可實現(xiàn)脈沖涓流充電模式。

RV(⑨腳)為電壓控制反饋輸入引腳。電壓控制平衡時，該引腳對bATT-電壓為2.5V。