锂电池放电方法 锂电池是如何充放电的?

小编 2024-10-20 锂离子电池 23 0

锂电池是如何充放电的?

锂电池作为可充电池,可以重复多次使用。它的应用非常广泛,如我们日常生活中的手机内部电池、充电宝、电动车电池等。

那么,锂电池地如何充放电的呢?在回答这个问题之前,我们有必要先了解锂电池的结构以及锂的一些特性。

锂电池只要由三部分组成,如下图1-1所示,分别涂覆石墨的铜箔、涂覆锂化合物的铝箔和含有锂的有机盐的电解质。而锂电池的充放电其实就是锂离子与自由电子的往复移动。

图1-1

不同金属有不同的电化学势,所谓电化学势,简单来说,就是金属失去电子的趋势,如下图1-2所示给出的一些常见金属的电化学势,其中最容易失去电子的锂被用于锂离子电池。

显然,锂失去电子的倾向最高,而氟失去电子的倾向最小。这是因为锂的最外层只有一个电子,非常容易失去;而氟最外层有8个电子,非常稳定(原子的最外层最多只能有8个电子,1个时最活跃,8个时最稳定)。

图1-2

纯锂是一种高活性金属,放到水里直接沸腾,但锂的金属氧化物非常稳定,若我们以某种方式从这种金属氧化物中分离出一个锂原子,这个锂原子极不稳定,会瞬间形成一个锂离子和一个电子,如下图1-3所示。

图1-3

然而,正如上文所说,锂作为金属氧化物的一部分,处于金属氧化物中比处于这种锂原子游离的状态要稳定得多。所以,如果能为锂和金属氧化物之间的电子和锂离子流动提供两条不同的路径,锂原子会自动跑到金属氧化物部分,这个电子的路径就是外电路。

换言之,就像人一样,相对于漂泊不定的日子,我们都喜欢稳定的生活,锂也是同理,若能够依附其金属氧化物达到一种稳定的状态,它必是不喜欢以锂离子和电子的状态存在的。所以我们用电场力把锂从金属氧化物中提出来,然后又给它的离子和电子提供不同路径(撤去外电场),如下图1-4所示,它就会顺势回到氧化物中。

图1-4

实际的锂离子电池含有电解质和石墨,如下图1-5所示。其中石墨具有层状结构,因此分离的锂离子可以很容易地储存在那里。石墨和金属氧化物之间的电解质起到保护作用,它只允许锂离子通过,不允许电子通过。

图1-5

当外加电源(电场)时,由于异性相吸,电源的正极显然会从金属氧化物的锂原子中吸引电子,并推动这些电子沿外部电路流通,并到达石墨层。注意,这些电子不能流过电解质。

同时,带正电的锂离子也会被吸引到负极,并流过电解质,到达石墨层。此时石墨层就含有大量的锂离子和电子。其中这些离子和电子就是锂原子,但因为锂原子不稳定,所以就以锂离子和电子的形式存在。

一旦金属氧化物中的所有锂原子到达石墨层,电池就充满电。

此时,锂原子的不稳定状态就像山顶的小球一样,一旦移除电源,并连接负载,锂原子就会作为金属氧化物的一部分恢复到稳定状态。由于这种想要趋于稳定的趋势,电子锂通过负载回到氧化物,而锂离子穿过电解质回到氧化物,就像小球从山顶滑下来一样,最后锂离子和电子结合形成锂原子固定在其金属氧化物中。

图1-7

整个过程如图1-7所示,注意,石墨在锂离子电池的化学反应中没有发挥作用,它只是锂离子的存储介质。

如果由于某些异常情况导致电池内部温度升高,电解质干涸,此时锂离子和电子全部沿同一路径跑向氧化物,相当于阳极和阴极之间发生短路,这可能会导致火灾或爆炸。

为了避免以上这种情况,在电极之间放置了一层绝缘层,如下图1-8所示,称为隔板。由于其微孔,隔膜可渗透锂离子,但电子不能通过.

图1-8

在实际锂电池中,石墨和金属氧化物分别涂覆在铜箔和铝箔上,箔在这里充当集电器,并且可以很容易地从集电极中取出正极片和负极片,如下图1-9所示。其中铜箔引出负极,铝箔引出正极。

图1-9

锂的有机盐用作电解质,并将其涂覆在隔板片上,所有这三块板都围绕一个中央钢芯缠绕在圆柱体上,从而使锂电池更加紧凑。标准锂离子电池的电压在3-4.2伏之间。

以上就是锂离子电池的工作原理,显然,它的充放电过程其实就是锂离子和电子的往复运动过程,充电时,给电池施加电源,让锂离子和电子沿不同路径跑到石墨层,此时锂原子很不稳定;而放电就是给 电池施加负载,让锂离子和电子沿之前路径跑到金属氧化物侧,此时锂原子作为金属氧化物的一部分比较稳定。

你明白了吗?

(技成培训网原创,作者:杨思慧,未经授权不得转载,违者必究)

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小贴士

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是时候给锂电池一个正确的用法了,别再被错误的观点迷惑了

当前,人们手中的智能设备大都需要锂电池为其续航。但是,锂电池到底该如何正确的使用呢?

一、锂电池基本特性

美国太空总署NASA研究延长电池寿命的电子工程教授TomHartley说道:“给电池充电充得越满,电池的损耗也会越大。锂电池最好是处于电量的中间状态,那样的话电池寿命最长”。这说明了“锂电池放电放得越干,电池的损耗就会越大;充电充的越满,对电池损耗就越大;”。了解了锂电池的基本特性,我们来看看市面上常见的错误观点。

二、常见错误观点及正确解答

错误观点1:

首次使用电池,必须进行完全充电,完全放电,如此重复三次,以便于激活电池!!

正确解答1:

锂电池长期不使用(一般至少都3个月以上才叫长期),确实会产生电极材料钝化导致性能下降,也确实可以采用上述方法来解除钝化。但这不是必须的,因为锂电池只要随着不断的使用, 电极钝化无需刻意激活也可以慢慢消失。所以,除非实在闲着无聊,可以特意去激活。

错误观点2:

一边充电一边玩手机,电池一边充电同时放电,对电池有害,同时辐射成倍增加。

正确解答2:

一边充电一边玩手机,电池确实是一边充电同时放电,轻微使用手机,对电池并没有多大伤害。如果,重度玩游戏等,就确实要慎重了,因为,手机充电时发热增大,而重度玩手机也是发热很大。两者叠加,热量会增大很多,而锂电池是有最佳工作温度的,太热了,锂电池寿命会减少很多,确实是有损害的。

至于最后一句说:辐射会成倍增加是错误的,因为手机充电并不会增加辐射。增加辐射只有在手机来电时、通话时。来电通话时手机为了保持流畅通话,手机必须加大发射功率和基站进行通讯,所以辐射才会增加。

错误观点3:

电池有充放电次数限制,所以,每次用到完全没电,才开始充电,充电就充到满电为止,中间尽量不中断,这样可以减少次数消耗。

正确解答3:

电池确实有充放电次数限制,但是计算方式并不是这样的。它说的次数是完整的一次。比如:我们手机一次充电从30%电量充电到70%的电量,那么这个只算充电了0.4次,并不是1次。所以,我们完全不需要那样子去节省次数。

错误观点4:

前三次充电必须充电12小时,否者电池性能会永久下降。

正确解答4:

这个通常和前面提到的激活电池有关,但是,现在的手机都支持快充,一般充满电个把小时就足够了。而手机里面的电池过充过放保护电路会在充满电后自动切断充电电流,所以,你就算插上12小时和人家充满电就拔了是一个效果。所以完全没必要。

而,这个必须充12小时的说法主要是针对镍氢电池来说的,因为镍氢电池有记忆效应,如果经常不充满电就开始放电,或者不放晚电就充电,镍氢电池会记忆这个容量,导致容量降低。但是锂电池的这个效应已经可以忽略不计了。

三、正确使用总结

通过上面分析,当前正确使用锂电池其实很简单了:

①:新电池可以立即投入正常使用,无需激活;

②:闲置太长的电池,着急可做激活处理,不着急也可以直接正常使用,在使用中慢慢恢复活性。

③:日常充放电,可以随时充电,随时停止,不要有太多负担。

④:在厂家给定的温度范围内使用,切记高温使用,也不要超低温使用;

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