延长锂离子电池寿命的充电和放电方法

字母“C”是一个电池术语，用于指示电池制造商规定的电池放电容量，单位是mAHr。例如，一个额定2000mAHr的电池可以为一个2000mA负载供电一小时，之后电池电压才会降至零容量电压。在这个例子中，以C/2的电流给电池充电意味着以1000mA(1A)充电。字母“C”在电池充电器中变得很重要，因为它决定了电池充满电所需的合适充电电流和时间长度。在讨论最低充电电流终止方法时，采用C/10终止的2000mAHr电池将在充电电流降至低于200mA时终止充电周期。

　　决定电池浮动电压的因素

　　主要的决定因素是电池阴极中使用的活性材料的电化学电势，就锂而言约为4V。增加其他化合物将提高或降低这个电压。第二个因素是在电池容量、周期寿命、电池寿命和安全性之间取得平衡。图2所示曲线显示了电池容量和周期寿命之间的关系。

　　图2：充电器浮动电压与电池容量和周期寿命。

　　大多数锂离子电池制造商都设置了一个4.2V浮动电压，以此作为容量和周期寿命之间的最佳平衡。用4.2V作为恒定限压值(浮动电压)时，电池一般可以提供约500个充电/放电周期，然后电池容量降至80%。一个充电周期由一个满充电至一个满放电过程组成。多个浅放电过程合起来构成一个满充电周期。

　　尽管利用降低浮动电压或最低充电电流终止方法充电至低于100%的容量最初会降低电池容量，但是随着周期数增加到超过500次，较低浮动电压的电池容量可以超过较高浮动电压的电池容量。关于容量和充电周期数，图3显示了推荐浮动电压与降低浮动电压的比较情况。

　　图3：周期寿命和容量与4.1V和4.2V浮动电压。

　　由于不同的锂离子电池化学材料和其他条件可能影响电池寿命，因此本文显示的曲线只是估计的充电周期数和电池容量值。由于电池材料和制作方法的微小差别，甚至来自不同制造商的类似电池化学材料也可能产生有天壤之别的结果，电池制造商规定最终用户必须使用的充电方法和浮动电压，以满足电池容量、周期寿命和安全规格要求。不建议充电至高于推荐的浮动电压。很多电池含有电池组保护电路，如果超过最高电池电压，该电路暂时断开电池连接。一旦断开，将电池组连接到充电器一般会复位电池组保护电路。电池组上常常印有一个电压值，如单节电池为3.6V。这个电压不是浮动电压，而是电池放电时的平均电池电压。

　　选择电池充电器以延长电池寿命

　　尽管电池充电器对电池的深度放电、放电电流和电池温度不加以控制，但是所有这些因素对电池寿命都有影响，很多充电器具有能够延长电池寿命的功能，而且有时可以极大地延长电池寿命。

　　电池充电器延长电池寿命的作用主要由充电器的浮动电压和充电终止方法决定。凌力尔特公司的很多锂离子电池充电器具有4.2V±1%(或更低)的固定浮动电压，但是有一些产品为4.1V和4.0V以及具有可调浮动电压。图4显示了一些具有较低浮动电压的电池充电器，用来给4.2V锂离子电池充电时可以延长电池寿命。

　　图4：提供较低浮动电压以延长电池寿命的电池充电器。

　　不提供较低浮动电压选项的电池充电器也能延长电池寿命。采用最小充电电流终止方法(C/10或C/x)的充电器通过选择以恰当的充电电流值终止充电周期，可以延长电池寿命。

　　C/10终止大约仅将电池充电至其容量的92%，但是将提高周期寿命。C/5终止可以将周期寿命延长一倍，但是电池充电量进一步降低至约为容量的85%。图5显示了凌力尔特公司的几款充电器，分别采用C/10(10%电流门限)或C/x(可调电流门限)充电终止模式。

　　图5：用最小充电电流终止方法延长电池寿命的电池充电器。

　　长工作时间和长电池寿命能兼而有之吗？

　　如果采用目前的电池技术，而且不增大电池尺寸，那么答案是不能。要实现最长的工作时间，充电器必须将电池充电至容量的100%。这时电池电压接近制造商推荐的浮动电压，一般为4.2V±1%。遗憾的是，将电池充电至接近这个电压值并保持在这个电压值会缩短电池寿命。一个办法是选择较低的浮动电压，禁止电池100%充电，但是这需要较高容量的电池才能实现同样长的工作时间。当然，在很多便携式产品中，也许不选择较大尺寸的电池。

　　采用C/10或C/x最小充电电流终止方法与采用较低浮动电压一样，也可以对电池寿命有同样的影响。浮动电压降低100mV，容量将降低约15%，但是周期寿命可以延长一倍。同时，充电电流降至20%(C/5)时终止充电周期，容量也降低15%，同样可将周期寿命延长一倍。

　　放电时典型的锂离子电池输出电压

可以预料，放电时，电池电压会缓慢下降。放电电压曲线随时间的变化取决于几个因素，包括放电电流、电池温度、电池老化程度和电池使用的阳极材料类型。目前，大多数锂离子电池使用焦炭或