鋰電池智能充電過程及其發(fā)展分析

摘 要：近年來，科學技術的創(chuàng)新使得電子技術突飛猛進，進而使得各項電子產(chǎn)品也朝著便攜式-小型化發(fā)展，大部分電器也取代了傳統(tǒng)的直供電轉(zhuǎn)向了電池供電系統(tǒng)。文章詳細論述常用鋰電池的充電過程，結合鋰電池發(fā)展技術，分析了鋰電池的發(fā)展歷史及其現(xiàn)狀。

關鍵詞：鋰電池；充電；發(fā)展

鋰離子電池是一種充電電池，它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。在充放電過程中，Li+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌：充電池時，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負極，負極處于富鋰狀態(tài)；放電時則相反。一般采用含有鋰元素的材料作為電極的電池，是現(xiàn)代高性能電池的代表。

鋰離子電池（Li-ion Batteries）是鋰電池發(fā)展而來。所以在介紹Li-ion之前，先介紹鋰電池。舉例來講，以前照相機里用的扣式電池就屬于鋰電池。鋰電池的正極材料是二氧化錳或亞硫酰氯，負極是鋰。電池組裝完成后電池即有電壓不需充電。這種電池也可以充電，但循環(huán)性能不好，在充放電循環(huán)過程中容易形成鋰結晶，造成電池內(nèi)部短路，所以一般情況下這種電池是禁止充電的。

常用智能充電器是面向現(xiàn)階段使用廣泛的手機鋰電池，智能充電器具有防電壓、防熱及充電保護功能。在整體的構成上，以優(yōu)質(zhì)、簡約配件為主，并配有穩(wěn)定的后臺軟件支持。在硬件方面主要配置了單片機、充電控制電路、電壓轉(zhuǎn)換以及光耦合隔離電路，在軟件方面通常以C語言為基礎，設計穩(wěn)定、可靠的詳細的程序編碼，實現(xiàn)了經(jīng)濟、安全、穩(wěn)定與可靠的開發(fā)目標。

電池作為化學能轉(zhuǎn)化為電能的常見的電路原件，其是通過物質(zhì)間自發(fā)的氧化還原進行電子在電路中的傳遞，實現(xiàn)電能的產(chǎn)生。現(xiàn)階段的電池大致分為一次性電池與可循環(huán)利用的電池。目前，隨著人們對自由、便攜的向往，便攜式設備的使用也成為了社會未來發(fā)展的方向。而在此過程中，可循環(huán)回收的電池較一次性電池更環(huán)保、更節(jié)約能源，同時符合我國現(xiàn)階段主張的和諧、綠色社會理念。綜合上述，可循環(huán)電池未來有很大的發(fā)展前景。手機鋰電池也是現(xiàn)階段使用最多的可循環(huán)電池[1]。

金屬鋰質(zhì)輕、導電性能好，對應的鋰電池在21世紀初上市以來，就以其優(yōu)良的能源形勢和使用優(yōu)點受到了社會各界的一致喜歡。為了順應鋰電池市場發(fā)展趨勢，世界上各大電池廠商不斷在已有鋰電池技術的基礎上，開發(fā)性能更好、容量大、安全性能好、使用壽命長且開發(fā)成本的鋰電池。總體，現(xiàn)階段的聚合物鋰電池具有上述鋰電池開發(fā)的各項優(yōu)點，也成為了世界鋰電池研究的主要方向。聚合鋰電池輕薄、能量高、質(zhì)輕，是未來鋰電池發(fā)展的必然趨勢，也是解決移動設備便攜式最佳的途徑。

聚合物鋰離子電池一方面便于充放電，而且對于外電路的要求也較一般的液體鋰電池低。與此同時，在充電方面其通過IC定流的方式，讓充電更加簡單易行。

電池充電時對于電壓的要求相對比較嚴格，如果電壓在額定電壓上下限1%左右，很容易造成電池的長久性損害。而且電池的充電速率也不是越快越好，通常的充電速率一般為0.5C-1C。一般電池在充電過程中，都會產(chǎn)熱，進而造成了部分能量損失。充電的速度過快就會引起充電電流大，進而引起充電溫度升高，這樣也會造成電池損壞，嚴重還會引起爆炸。

鋰電池在放電時，不會一次性將電量放完，一般在電壓低于2.5V就會終止放電，如果強制繼續(xù)使用就會造成電池永久性停用。不過對于過度使用的鋰電池可以通過及時充電進行補救，一般來說若電壓低于放電終止電壓，要先從小電壓開始充電，達到最低放電電壓后再按正常方式充電即可。

一般鋰電池的額定電壓都在3.6V。電池充滿電時的電壓視不同生產(chǎn)廠家的電池材料而定。常見的是以石墨與焦炭為陽極的鋰電池，電池電壓分別為4.2V、4.1V。一般來說，我們所使用的鋰電池銘牌上的電壓一般是通過上述計算方式得到的。

目前常見的鋰電池都是以金屬鋰或者是鋰合金作為電池負極，以不活潑的非金屬作為陽極材料，電解溶液為非水電解質(zhì)溶液構成的電池。鋰電池也是通過簡單的氧化還原反應實現(xiàn)電子的流動，進行供電。而金屬鋰作為第IA的元素，化學性質(zhì)活潑，因此對其加工工藝、使用及加工環(huán)境要求都相對較高，這也是鋰電池在一段時間內(nèi)沒有得到快速發(fā)展的原因。隨著生產(chǎn)工藝的進步，現(xiàn)階段鋰電池的開發(fā)應用、工藝也逐漸成成熟，在各個領域都有了廣泛的應用[2]。

鋰電池的應用最早見于二十世紀微電子技術的開發(fā)，隨著現(xiàn)階段各種電子設備的微小型化發(fā)展，對于鋰電池的開發(fā)與應用，要求也越來越高，而對應鋰電池的應用范圍也越來越廣泛。最早鋰電池應用于心臟起搏器中，以其放電電壓效率低，而實現(xiàn)了其長時、有效的起搏。而最初的發(fā)現(xiàn)的鋰-錳電池電壓相對較高，現(xiàn)階段廣泛應用于電腦、計算器等一些常見的集成電路中。整體鋰電池應用最多的是手機、計算機以及一些小型的家用電器中，是現(xiàn)階段最大的應用群體。

現(xiàn)階段使用的鋰電池大都帶有充電控制單元與管理芯片。其中的管理芯片具有記錄電池容量、溫度、充電狀態(tài)以及充電次數(shù)的功能，并隨著電池的使用發(fā)生變化。

而鋰電池的控制芯片主要控制鋰電池的充電過程。鋰電池的充電過程大致分為快充與慢充兩個階段。在鋰電池快充的過程中充電電流恒定，且隨著充電的進行，電壓也逐漸增加，最終進入了電壓恒定，充電速率減慢的第二階段充電過程，且整個過程中隨著電池充電量的增多，電壓也會隨著其電池電量的增加最終減少到0，完成充電。電量統(tǒng)計主要是統(tǒng)計鋰電池充電過程中電流、電壓隨時間變化的關系。一般來說，隨著電池的使用，鋰電池的放電曲線也會不斷變化。一般來說電池的完整發(fā)電曲線是可以讀出的，如果讀不出，這時就需要通過深度充電來校準電池的控制芯片[3]。

一般的便攜式的充電寶大都是通過高電流達到快速充電的目的，實際上過大電流很容易造成電池壽命的損害。現(xiàn)階段也有一些充電電源通過電壓比較法，避免電池的過度充電，在電池電量達到一定程度時，改為電流較小的充電方式。

鋰電池的使用壽命與電池的容量大小與日常的充電活動密切相關。鋰電池作為常用的手機電池，不僅質(zhì)量輕、能量密度高而且整個充電過程具有記憶功能，可以實現(xiàn)反復充電，整體電池的使用壽命較一般電池長，而且整體的價格隨著競爭也越來越低。鋰電池對于充電條件要求相對較高，如果電壓過高就很容易造成電池損害，因此在充電過程中需要進行電路保護。科學的充電方式對于電池的保護至關重要，設計出高精度的控制充電電路，方可達到有效的充電過程。通過使用有效的充電控制芯片并配合單片機綜合使用，可以有效實現(xiàn)整個鋰電池充電過程中的智能化。而智能化的實現(xiàn)更是可有效減少充電時間、維護電池，最終實現(xiàn)鋰電池的長久循環(huán)使用。

參考文獻

[1]屈偉平.鋰電池的廣泛前景及發(fā)展障礙[J].電源技術應用，2009（8）.

[2]劉興江，汪繼強，唐致遠，等.從第十四屆國際鋰電池會議看鋰電池技術發(fā)展[J].電源技術，2008（11）.

[3]馬貴龍，孫延先，喬峰華.磷酸鐵鋰電池的新發(fā)展[J].中國自行車，2008（11）.

作者簡介：文德仲（1995，02-），四川廣安人，本科在讀，就讀于西北民族大學，電氣工程及其自動化專業(yè)。