鋰電池的保養及誤區釋疑

admin @ 2014-03-26 , reply:0

        電池在筆記本電腦中也是一個比較嚴重的消耗部件,電池使用超過一段時間后,供電時間將逐漸縮短,直至無法使用。因此涉及到筆記本電腦電池的保養和合理使用問題也是經常被討論到的話題。但一些使用者的某些保養的理解是錯誤的,以下對此做一下解釋。
一、鎳氫電池
相比鋰電池,鎳氫電池擺脫不了與生俱來的劣勢。一是 記憶效應:鎳氫電池與鎳鎘電池一樣都有記憶效應,只是要輕微得多,但仍然必須電量耗盡后才可充電。而鋰電池完全沒有記憶效應,可以不必理會殘餘電量是多少,直接充電。劣勢二是 自放電率高:鎳氫電池一個月為25~35%,而鋰電池一個月只有2~5%,這樣鎳氫電池的電量流失很快,需要經常充電。現在裝配鎳氫電池的機型已經基本不會見到,普遍應用的是鋰離子電池。
二、鋰電池
鋰電池在一個壽命周期內一般可以進行300至500次的充、放電。因此很多人認為,只要少用電池,這樣就可以在一定程度上起到了延長電池壽命的作用。但是他們卻忽略了鋰電池易老化的本性。
電池作為一個化學元件,受工作環境影響很大,由於氧化反應所引起的電池內阻的增加是導致電池損耗的主要原因。當電解槽電阻達到某個點時,儘管這時候電池依舊可以充滿電,但電池卻已經不能向外釋放儲存的電量了。這也是為什麼很多用戶會抱怨他們充滿電的電池,在使用中一下子就沒電了。因此不妨這樣理解此問題,那就是當鋰電池裝配結束走下生產線后,它的生命時鐘就隨即開始走動,它的剩餘壽命目前是用充電次數來評估的。
避免頻繁地使用電池可以說是最根本的一個方法,但即便你平時大多使用外接電源,好像沒有使用電池,但是實際上,電池的老化過程隨著時間的推移,一直在進行。將電池擱置不用,也只能是在一定程度上延緩電池的損耗速度而已,卻無法使之停止,一般在兩到三年以後就壽終正寢了,因此,沒必要購買備用的鋰電池進行存儲,這樣實際是在浪費這塊電池。另外,如果總是把電池擱一邊不用,筆記本電腦的移動意義又從何談起呢? 所以還是要在使用的情況下談保養問題。
知己知彼,百戰不殆。鋰離子電池的正極材料通常由鋰的活性化合物組成,負極是特殊分子結構的碳。常見的正極材料主要成分為LiCoO2,充電時,加在電池兩極的電勢迫使正極的化合物釋出鋰離子,嵌入負極分子排列呈片層結構的碳中。放電時,鋰離子從片層結構的碳中析出,重新和正極的化合物結合。鋰離子的移動產生了電流。
化學反應原理雖然很簡單,然而在實際的工業生產中,需要考慮的實際問題要多得多:正極的材料需要添加劑來保持多次充、放的活性,負極的材料需要在分子結構級去設計以容納更多的鋰離子;填充在正、負極之間的電解液,除了保持穩定,還需要具有良好導電性,減小電池內阻。
鋰離子電池很少有鎳鎘電池的記憶效應。造成記憶效應的原因是結晶化,而在鋰電池中幾乎不會產生這種反應。但是,鋰離子電池在多次充、放后容量仍然會下降,其原因是複雜而多樣的。主要是正、負極材料本身的變化,從分子層面來看,正、負極上容納鋰離子的空穴結構會逐漸塌陷、堵塞;從化學角度來看,是正、負極材料活性鈍化,出現副反應生成穩定的其他化合物。物理上還會出現正極材料逐漸剝落等情況,總之最終降低了電池在充、放電過程中可以自由移動的鋰離子數目。
不適合的溫度,將引發鋰離子電池內部其他化學反應,生成我們不希望看到的化合物。所以在不少的鋰離子電池正、負極之間設有保護性的溫控隔膜或電解質添加劑。在電池升溫到一定的情況下,複合膜膜孔閉合或電解質變性,電池內阻增大直到斷路,電池不再升溫,確保電池充電溫度正常。
所以說,鋰離子電池也具有先天性的缺陷。鋰離子電池自從出廠后其電量就開始不斷衰減,即使是不進行循環使用,其部分電量也會永久性的喪失,這一現象我們將之稱為電池的“老化效應”。它和鎳氫電池的“記憶效應”一樣,會造成電池電量的減少。但原理不同,處置方法也不同。鎳氫電池避免“記憶效應”的方法是進行深度的充電、放電,但鋰電池絕對不能這樣做。這在後面將詳細說明。
三、鋰電池的保存
造成鋰電池的老化的速度是由溫度和擱置保存時的充電狀態而決定的。測試數據表明,鋰離子電池老化的幅度和溫度以及充電飽和度成正比。這就意味著溫度越高、電池充得越滿,容量的損失就越大。我將給出一個表格來說明這兩種因素的不同情況對電池容量的影響。
---------------------------------------------------------------------
存儲溫度    充電40%后擱置保存    充電100%后擱置保存
        一年後剩餘容量        一年後剩餘容量
---------------------------------------------------------------------
0度        98%                94%
---------------------------------------------------------------------
25度        96%                80%
---------------------------------------------------------------------
40度        85%                65%
---------------------------------------------------------------------
60度        75%               60%(三個月後)
---------------------------------------------------------------------


由表格可見,高充電狀態和過高的溫度加快了電池容量的下降。因此對於鋰離子電池,若要長期保存,用戶應當將其電量控制在40%,並存儲在15℃甚至更低的溫度下,這樣就可以在使電池自身的保護電路處於工作狀態。而如果充滿電后將電池置於高溫下,反而會對電池造成極大的損害。表中也已經看出,充電100%在 60°C環境保存,3個月後電池容量竟然下降了40%。
四、鋰電池的使用
在解決了究竟如何保存電池這個問題之後,同時也引出了大家一直爭論的另一個焦點,那就是當我們使用固定電源的時候,是否需要將電池取下?這的確是讓人很頭痛的一個問題。原則上電池的壽命主要是由充電次數來計算的,在有外部電源的情況下取出電池的確可以減少電池被充電的機會。另外,我們可以來分析一下使用固定電源時電池放置於電腦中所處的環境:由於筆記本電腦的充電保護電路作用,使電池維持在95%~100%的滿電量狀態,而此時電池所處的環境溫度至少在 25°C~30°C之間,如果炎熱天氣,這個溫度還會有所更高,那麼從上表中你應該很自然的就得出了一個結論,那就是這麼做實際上對電池造成的損害最大,會引起其容量的顯著下降。
但取掉電池后,僅僅使用外接電源也會存在一些危險。突然斷電、交流電壓不穩,都對筆記本電腦造成硬體損傷,所以製造商一般都會警告用戶不要取下電池。當然這樣的結果就是使你的電池經常處在這樣相對惡劣的環境下,不用多久就會over了,到時你就需要到維修中心去更換新的電池,這樣一來,受益的自然是製造廠商了。這也是讓人頭疼的地方。
現在只能說,在AC供電穩定的前提下,可以考慮取下電池,前提是養成數據隨時備份的習慣。如果打算長期不使用電池,應將電池充到40%後放置於小於25°C的蔭涼、乾燥地方保存,但切記不要放到冰箱里。
由於灰塵和濕氣也在充當著電池殺手的角色,它們會破壞電池板電路並加速電池內部的氧化,所以對於那些長期保存的電池,需要套上一層薄膜來低檔灰塵和濕氣的侵害。保存期間由於電池本身的鈍化電壓會下降,所以每隔一個月要將電池裝上去進行一次充、放電迴環,再繼續保存,以維持電池的容量和離子活性,好比給電池鍛煉一下身體而不僅僅是再次充電。
下面特彆強調:禁止過度充電與放電
最後一個大家矚目的焦點便是鋰電池究竟該如何合理充電和放電這個問題。過度充電和過度放電,將對鋰離子電池的正、負極造成永久的損壞。這與鎳氫、鎳鎘電池的做法截然不同。從分子層面看,可以直觀的理解為:過度放電將導致負極碳過度釋出鋰離子而使得其片層結構出現塌陷;過度充電將把太多的鋰離子硬塞進負極碳結構里去,而使得其中一些鋰離子再也無法釋放出來。因此鋰離子電池通常配有充、放電控制電路。對於鋰電池來說最好是進行部分放電,而不是完全放電。實際測試表明,如果電池放到每單元2.5伏特以下,雖然電池內部的安全電路會啟動,但這個時候電池就會變得有些不好用了。結果只能使電池報廢期提前。正確的做法是不要在儲存電池之前將它的電量放得一乾二淨,而是應該在儲存之前充一些電,並且在再次使用之前首先充滿電。
深度的充、放電對電池有害無益,但為什麼有的人會產生誤解呢?
首先有人認為,深度充、放能可以激發電池活性,提升鋰離子電池的實際容量。據專家的回答,這只是不了解鋰電池的機理而形成的有趣想象,深度的充、放電只會額外造成鋰離子電池正、負的永久損壞。
其次,新電池的電量顯示有時會不正確,比如電池已充滿電,仍顯示96%。幾次充、放電全循環后,會慢慢達到99%-100%。其實,這是電池內的檢測電路還沒有採樣到足夠多的數據,還未來得及修正寄存器中的數值造成的。電池電量仍由電池的化學特性決定,顯示的數值只是一個參考。所謂新電池在使用前進行三次全充、放的“激活”,在專家們的眼裡,也是以訛傳訛。很多人在深充、放以後發現Battery Information里標示的容量發生了改變,為什麼呢?因為筆記本電腦用鋰離子電池一般都帶有管理晶元和充電控制晶元。其中
(1)              管理晶元中有一系列的寄存器,存有電池容量、溫度、ID、充電狀態、放電次數等數值。而這些數值在使用中會逐漸變化。
(2)              充電控制晶元主要控制電池的充電過程。鋰離子電池的充電過程分為兩個階段,恆流快充階段(電池指示燈呈黃色時)和恆壓電流遞減階段(電池指示燈呈綠色閃爍)。恆流快充階段,電池電壓逐步升高到電池的標準電壓,隨後在控制晶元下轉入恆壓階段,電壓不再升高以確保不會過充,電流則隨著電池電量的上升逐步減弱到0,而最終完成充電。這有效地防止了過度充電。
(3)              電量統計晶元通過記錄放電曲線(電壓,電流,時間)可以抽樣計算出電池的電量,這就是我們在Battery Information里讀到的Wh值。而鋰離子電池在多次使用后,放電曲線是會改變的,如果晶元一直沒有機會再次讀出完整的一個放電曲線,其計算出來的電量也就是不準確的。所以需要深充、放來校準電池的晶元。
所以個人認為,在筆記本電腦的使用說明中的“使用一個月後應該全充、放一次”的做法主要的作用應該就是修正這些寄存器里不當的值,使得電池的充電控制和標稱容量吻合電池的實際情況。
另外,平時鋰電池究竟該如何合理充電和放電呢?由於鋰離子電池的電記憶效應小得可以忽略不計,所以半途充電對它的損傷並不是很大,而它最怕的是過度放電(完全放電)。經常對鋰離子電池過度低放電的結果只能是讓電池提前報廢,那些諸如BIOS放電、程序放電、甚至是接上小燈泡放電的方式不到迫不得已是最好不要嘗試。因此對於鋰離子電池大可不必等到0%再充電。
綜上,對電池的保養有幾點建議:
1.     在AC Adapter(外接電源適配器) 模式下,電池使用時若沒有經歷充/放電過程,壽命會比正常使用電池長。
2.     電池內部電阻的增加是導致電池損耗的主要原因,半途充電與用到接近告警線再充電差別不大,僅僅是管理晶元的計數會出現差別;
3.     要避免完全放電;
4.     一段時間可做一次保護電路控制下的深充,放以修正電池的電量統計,但這不會提高電池的實際容量;
5.     在攝氏40度的高溫下,電池損耗速度會比正常溫度下快很多,在類似新加坡、華南等溫度較高的地區的車內使用時,電池溫度很容易達到65攝氏度,這會導致電池的快速損耗。要避免將筆記本放在高溫的汽車內;
6.     如果你多數時間是在使用固定電源,交流電源又很穩定,則可以取下電池,將電池的剩餘電量充放到40%後放在陰涼的地方保存,但切記不要放到冰箱里;
7.     電池內的保護電路也無力監控電池的自放電,對於處於保存狀態下的電池,應定期充入一定的電量,以防止電池自放電過度而損壞電池。
8.     摔、撞電池等行為也將加速電池損耗。
    其實電池沒有太多要顧及的使用注意,適當讓其處於饑寒交迫之中,反而有益於電池的物盡其用。一個電池能使用多少次,一方面來自電池本身製造中的個體差異,另一方面來自於您對電池溫柔的使用。




[admin via 研發互助社區 ] 鋰電池的保養及誤區釋疑已經有30009次圍觀

http://www.cocdig.com/docs/show-post-45178.html