锂电池智能充电过程及其发展分析

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摘 要：近年来，科学技术的创新使得电子技术突飞猛进，进而使得各项电子产品也朝着便携式-小型化发展，大部分电器也取代了传统的直供电转向了电池供电系统。文章详细论述常用锂电池的充电过程，结合锂电池发展技术，分析了锂电池的发展历史及其现状。

关键词：锂电池；充电；发展

锂离子电池是一种充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电池时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。一般采用含有锂元素的材料作为电极的电池，是现代高性能电池的代表。

锂离子电池（Li-ion Batteries）是锂电池发展而来。所以在介绍Li-ion之前，先介绍锂电池。举例来讲，以前照相机里用的扣式电池就属于锂电池。锂电池的正极材料是二氧化锰或亚硫酰氯，负极是锂。电池组装完成后电池即有电压不需充电。这种电池也可以充电，但循环性能不好，在充放电循环过程中容易形成锂结晶，造成电池内部短路，所以一般情况下这种电池是禁止充电的。

常用智能充电器是面向现阶段使用广泛的手机锂电池，智能充电器具有防电压、防热及充电保护功能。在整体的构成上，以优质、简约配件为主，并配有稳定的后台软件支持。在硬件方面主要配置了单片机、充电控制电路、电压转换以及光耦合隔离电路，在软件方面通常以C语言为基础，设计稳定、可靠的详细的程序编码，实现了经济、安全、稳定与可靠的开发目标。

电池作为化学能转化为电能的常见的电路原件，其是通过物质间自发的氧化还原进行电子在电路中的传递，实现电能的产生。现阶段的电池大致分为一次性电池与可循环利用的电池。目前，随着人们对自由、便携的向往，便携式设备的使用也成为了社会未来发展的方向。而在此过程中，可循环回收的电池较一次性电池更环保、更节约能源，同时符合我国现阶段主张的和谐、绿色社会理念。综合上述，可循环电池未来有很大的发展前景。手机锂电池也是现阶段使用最多的可循环电池[1]。

金属锂质轻、导电性能好，对应的锂电池在21世纪初上市以来，就以其优良的能源形势和使用优点受到了社会各界的一致喜欢。为了顺应锂电池市场发展趋势，世界上各大电池厂商不断在已有锂电池技术的基础上，开发性能更好、容量大、安全性能好、使用寿命长且开发成本的锂电池。总体，现阶段的聚合物锂电池具有上述锂电池开发的各项优点，也成为了世界锂电池研究的主要方向。聚合锂电池轻薄、能量高、质轻，是未来锂电池发展的必然趋势，也是解决移动设备便携式最佳的途径。

聚合物锂离子电池一方面便于充放电，而且对于外电路的要求也较一般的液体锂电池低。与此同时，在充电方面其通过IC定流的方式，让充电更加简单易行。

电池充电时对于电压的要求相对比较严格，如果电压在额定电压上下限1%左右，很容易造成电池的长久性损害。而且电池的充电速率也不是越快越好，通常的充电速率一般为0.5C-1C。一般电池在充电过程中，都会产热，进而造成了部分能量损失。充电的速度过快就会引起充电电流大，进而引起充电温度升高，这样也会造成电池损坏，严重还会引起爆炸。

锂电池在放电时，不会一次性将电量放完，一般在电压低于2.5V就会终止放电，如果强制继续使用就会造成电池永久性停用。不过对于过度使用的锂电池可以通过及时充电进行补救，一般来说若电压低于放电终止电压，要先从小电压开始充电，达到最低放电电压后再按正常方式充电即可。

一般锂电池的额定电压都在3.6V。电池充满电时的电压视不同生产厂家的电池材料而定。常见的是以石墨与焦炭为阳极的锂电池，电池电压分别为4.2V、4.1V。一般来说，我们所使用的锂电池铭牌上的电压一般是通过上述计算方式得到的。

目前常见的锂电池都是以金属锂或者是锂合金作为电池负极，以不活泼的非金属作为阳极材料，电解溶液为非水电解质溶液构成的电池。锂电池也是通过简单的氧化还原反应实现电子的流动，进行供电。而金属锂作为第IA的元素，化学性质活泼，因此对其加工工艺、使用及加工环境要求都相对较高，这也是锂电池在一段时间内没有得到快速发展的原因。随着生产工艺的进步，现阶段锂电池的开发应用、工艺也逐渐成成熟，在各个领域都有了广泛的应用[2]。

锂电池的应用最早见于二十世纪微电子技术的开发，随着现阶段各种电子设备的微小型化发展，对于锂电池的开发与应用，要求也越来越高，而对应锂电池的应用范围也越来越广泛。最早锂电池应用于心脏起搏器中，以其放电电压效率低，而实现了其长时、有效的起搏。而最初的发现的锂-锰电池电压相对较高，现阶段广泛应用于电脑、计算器等一些常见的集成电路中。整体锂电池应用最多的是手机、计算机以及一些小型的家用电器中，是现阶段最大的应用群体。

现阶段使用的锂电池大都带有充电控制单元与管理芯片。其中的管理芯片具有记录电池容量、温度、充电状态以及充电次数的功能，并随着电池的使用发生变化。

而锂电池的控制芯片主要控制锂电池的充电过程。锂电池的充电过程大致分为快充与慢充两个阶段。在锂电池快充的过程中充电电流恒定，且随着充电的进行，电压也逐渐增加，最终进入了电压恒定，充电速率减慢的第二阶段充电过程，且整个过程中随着电池充电量的增多，电压也会随着其电池电量的增加最终减少到0，完成充电。电量统计主要是统计锂电池充电过程中电流、电压随时间变化的关系。一般来说，随着电池的使用，锂电池的放电曲线也会不断变化。一般来说电池的完整发电曲线是可以读出的，如果读不出，这时就需要通过深度充电来校准电池的控制芯片[3]。

一般的便携式的充电宝大都是通过高电流达到快速充电的目的，实际上过大电流很容易造成电池寿命的损害。现阶段也有一些充电电源通过电压比较法，避免电池的过度充电，在电池电量达到一定程度时，改为电流较小的充电方式。

锂电池的使用寿命与电池的容量大小与日常的充电活动密切相关。锂电池作为常用的手机电池，不仅质量轻、能量密度高而且整个充电过程具有记忆功能，可以实现反复充电，整体电池的使用寿命较一般电池长，而且整体的价格随着竞争也越来越低。锂电池对于充电条件要求相对较高，如果电压过高就很容易造成电池损害，因此在充电过程中需要进行电路保护。科学的充电方式对于电池的保护至关重要，设计出高精度的控制充电电路，方可达到有效的充电过程。通过使用有效的充电控制芯片并配合单片机综合使用，可以有效实现整个锂电池充电过程中的智能化。而智能化的实现更是可有效减少充电时间、维护电池，最终实现锂电池的长久循环使用。

参考文献

[1]屈伟平.锂电池的广泛前景及发展障碍[J].电源技术应用，2009（8）.

[2]刘兴江，汪继强，唐致远，等.从第十四届国际锂电池会议看锂电池技术发展[J].电源技术，2008（11）.

[3]马贵龙，孙延先，乔峰华.磷酸铁锂电池的新发展[J].中国自行车，2008（11）.

作者简介：文德仲（1995，02-），四川广安人，本科在读，就读于西北民族大学，电气工程及其自动化专业。