鋰離子電池的基本知識
攜帶型電子產品以電池作為電源。隨著攜帶型產品的迅猛發展，各種電池的用量大 增，並且開發出許多新型電池。除大家較熟悉的高性能鹼性電池、可充電的鎳鎘電池、
鎳氫電池外，還有近年來開發的鋰電池。這裏主要介紹有關鋰電池的基本知識。這包 括它的特性、主要參數、型號的意義、應用範圍及使用注意事項等。
鋰是一種金屬元素，其化學符號為 Li(其英文名為 lithium) ，是一種銀白色、十 分柔軟、化學性能活潑的金屬，在金屬中是最輕的。它除了應用於原子能工業外，可 製造特種合金、特種玻璃(電視機上用的螢光屏玻璃 )及鋰電池。在鋰電池中它用作電 池的陽極。
鋰電池也分成兩大類：不可充電的及可充電的兩類。不可充電的電池稱為一次性 電池，它只能將化學能一次性地轉化為電能，不能將電能還原回化學能(或者還原性 能極差)。而可充電的電池稱為二次性電池 (也稱為蓄電池)。它能將電能轉變成化學 能儲存起來，在使用時，再將化學能轉換成電能，它是可逆的，如電能化學能鋰電池 的主要特點。
鋰電池的最大特點是 比能量高 。什麼是比能量呢?比能量指的是單位重量或單位 體積的能量。比能量用 Wh/kg 或 Wh/L 來表示。Wh 是能量的單位，W 是瓦、h 是小 時；kg 是千克(重量單位)，L 是升(體積單位)。這裏舉一個例來說明： 5 號鎳鎘電池 的額定電壓為 1.2V ，其容量為 800mAh ，則其能量為 0.96Wh(12V×08Ah)。同 樣尺寸的 5 號鋰－二氧化錳電池的額定電壓為 3V，其容量為 1200mAh ，則其能量為 3.6Wh 。這兩種電池的體積是相同的，則鋰－二氧化錳電池的比能量是鎳鎘電池的 3.75 倍!
一節 5 號鎳鎘電池約重 23g，而一節 5 號鋰－二氧化錳電池約重 18g。一節鋰－
二氧化錳電池為 3V，而兩節鎳鎘電池才 2.4V 。所以採用鋰電池時電池數量少 (使攜 帶型電子產品體積減小、重量減輕)，並且電池的工作壽命長。
另外鋰電池具有放電電壓穩定、工作溫度範圍寬、自放電率低、儲存壽命長、無 記憶效應及無公害等優點。
鋰電池的缺點是價格昂貴，所以目前尚不能普遍應用，主要應用於掌上電腦、
PDA、通信設備、照相機、衛星、導彈、魚雷、儀器等。隨著技術的發展、工藝的 改進及 生產量的增 加，鋰電池的價格將 會不斷地下降，應用上也 會更普遍。 不可充 電的鋰電池
不可充電的鋰電池有多種，目前 常用的有鋰－二氧化錳電池、鋰 —亞硫酰氯 電池 及鋰和其他化合物電池。本文 僅介紹最 常用的。鋰－二氧化錳電池(LiMnO2)
鋰－二氧化錳電池是一種以鋰為陽極、以二氧化錳為 陰極，並採用有機電 解液的一 次性電池。 該電池的主要特點是電池電壓高，額定電壓為 3V(是一般鹼性電池的 2 倍)；終止放電電壓為 2V；比能量大(見上面舉的例子)；放電電壓穩定可靠；有較好 的儲存性能(儲存時間 3 年以上)、自放電率低(年自放電率≤2％)；工作溫度範圍－
20℃～＋60℃。
該電池可以 做成不同的外 形以滿足不同要 求，它有長 方形、圓柱形 及紐扣形(扣 式)。圓柱形的也有不同的直徑及高度尺寸。
可充電鋰離子電池是目前 手機中應用最廣泛的電池，但它較為“嬌氣”，在使用中 不可過充、過放(會損壞電池或使之報廢)。因此，在電池上有保護元器件或保護電路 以防止昂貴的電池 損壞。 鋰離子電池充電要 求很高，要 保證終止 電壓精度在 1%之 內，目前各大 半導體器 件廠已 開發出多種鋰離子電池充電的 IC，以保證安全、可靠、
快速地充電。
現在手機已十分普遍， 手機中一 部分是鎳氫電池， 但靈巧 型的手機則是鋰離子電 池。正確地使用鋰離子電池 對延長電池壽命是十分重要的。鋰離子電池是目前應用最 為廣泛的鋰電池，它 根據不同的電子產品的要 求可以做成扁平長方形、圓柱形 、長方 形及扣式，並且有 由幾個電池 串聯在一起 組成的電池 組。 鋰離子電池的額定電壓為 3.6V(有的產品為 3.7V)。充滿電時的終止充電電壓與電池陽極材料有關：陽極材料 為石墨的 4.2V ；陽極材料為焦炭的 4.1V。不同陽極材料的內阻也不同，焦炭陽極的 內阻略 大，其放電 曲線也略有差別，如圖 1 所示。一般稱為 4.1V 鋰離子電池及 4.2V 鋰離子電池。現在使用的大 部分是 4.2V 的，鋰離子電池的 終止放電電壓為 2.5V～
2.75V(電池廠給出工作電壓範圍或給出終止放電電壓，各參數略有不同)。低於終止 放電電壓 繼續放電稱為 過放，過放對電池會有損害。
鋰離子電池不 適合用作大電 流放電， 過大電流放電時 會降低放電時 間(內部會產 生較高的溫度而 損耗能量)。因此電池生產工廠給出最大放電電流，在使用中應小於 最大放電電 流。 鋰離子電池 對溫度有一定要 求，工廠給出了充電溫度範圍、放電溫 度範圍及 保存溫度範圍。 鋰離子電池 對充電的要 求是很高的，它要 求精密 的充電電 路以保證充電的 安全。終止充電電壓 精度允差為額定 值的±1%(例如:充 4.2V 的鋰離 子電池，其 允差為±0.042V) ，過壓充電會造成鋰離子電池永久性損壞。鋰離子電池 充電電 流應根據電池生產廠的建議，並要 求有限流電路以免發生過流(過熱)。一般常 用的充電率為 0.25C～1C（C 是電池的容量，如 C=800mAh ，1C 充電率即充電電流 為 800mA）。在大電流充電時往往要檢測電池溫度，以防止過熱損壞電池或產生爆 炸。
鋰離子電池充電分為兩個 階段：先恒流 充電， 到接近終止電壓時改為 恒壓充電，
其充電特性如 圖 2 所示。這是一種 800mAh 容量的電池，其終止充電電壓為 4.2V 。 電池以 800mA(充電率為 1C)恒流充電，開始時電池電壓以較大的斜率升壓，當電池 電壓接近 4.2V 時，改成 4.2V 恒壓充電，電流漸降，電壓變化不大，到充電電流降 為 1/10C(約 80mA) 時，認為接近充滿，可以終止充電(有的充電器到 1/10C 後啟動計 時器， 過一定時 間後結束 充電)。 鋰離子電池在充電或放電 過程中若發生過充、過放 或過流時，會造成電池的 損壞或降低使用壽命。
應用注意事項:
鋰離子電池應用注意事項除 與上述不可充電的鋰電池相同外，在 充電方面還應注 意以下幾點：
(1)鋰離子電池有 4.1V 及 4.2V 終止充電的不同品種，因此在充電時注意的是 4.1V 的 電池不能用 4.2V 的充電器充電，否則會有過充的危險(4.1V 與 4.2V 的充電器用的充 電器 IC 是不同的!)。
(2)對電池充電時，其環境溫度不能超過產品特性表中所列的溫度範圍。
(3)不能反向充電。
(4)不能用充鎳鎘電池的充電器 (充三節鎳鎘電池的)來充鋰離子電池(雖然額定電壓一 樣，都是 3.6V)，但充電方式不同，容易造成過充。
在放電方面應注意以 下幾點：
(1)鋰離子電池放電電流不能超過產品特性表中給出最大放電電流。放電電流較大時，
會產生較高的溫度(損耗能量)，減少放電時間，若電池中無保護元件會產生過熱而損 壞電池。
(2)不同溫度下放電曲線是不同的，如圖 5 所示。從圖中可以看出，在不同的溫度下，
其放電電壓及放電時 間也不同。在-20℃放電時情況最差。
在貯存方面：
(1)電池若長期貯存，要保持在 50%放電態。
(2)電池應保存在低溫、乾燥壞境中。
(3)要遠離熱源，也不要置於陽光直射的地方。
形象的工作原 理比喻：
現在將鋰離子電池原理和充放電機理，用生活中常見的泡沫現象來比喻。鋰離子 電池如同 一 堆肥皂泡沫 ，泡內儲存的 就是電能。 當充電時， 汽泡會 隨著充電時 間加 長而不 斷增大， 當超過 其極限值時汽泡就會破裂 ，此時即損壞 了鋰電 晶型，造成 永久 性損壞。
當過度放電則 會造成汽泡塌陷 、消失，這樣 下次充電時 汽泡也充不起來，而造成 鋰電失效。 如 何控制汽泡 不充爆和汽泡 不過度塌陷？就必須 要用保護電路加以嚴格 控制。 當然，優質的電芯和精確 的控制電路可大大地 延長電池的使用壽命。
