鉅大鋰電 | 點(diǎn)擊量:0次 | 2020年10月12日
筆記本電池工作原理介紹
目前,市場上銷售的筆記本電腦幾乎都采用鋰離子電池(Li-ion)。鎳鉻電池(Ni-cd)、鎳氫電池(Ni-MH)因?yàn)橛洃浶?yīng)已經(jīng)被淘汰;燃料動力電池仍在實(shí)驗(yàn)中。所以我們以討論鋰離子電池的使用為主。
鋰離子電池的正極材料通常有鋰的活性化合物組成,負(fù)極則是特殊分子結(jié)構(gòu)的碳。常見的正極材料重要成分為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(fù)極分子排列呈片層結(jié)構(gòu)的碳中。放電時,鋰離子則從片層結(jié)構(gòu)的碳中析出,重新和正極的化合物結(jié)合。
鋰離子的移動出現(xiàn)了電流?;瘜W(xué)反應(yīng)原理雖然很簡單,然而在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中,要考慮的實(shí)際問題要多得多:正極的材料要添加劑來保持多次充放的活性,負(fù)極的材料要在分子結(jié)構(gòu)級去設(shè)計(jì)以容納更多的鋰離子;填充在正負(fù)極之間的電解液,除了保持穩(wěn)定,還要具有良好導(dǎo)電性,減小電池內(nèi)阻。雖然鋰離子電池很少有鎳鎘電池的記憶效應(yīng),記憶效應(yīng)的原理是結(jié)晶化,在鋰離子電池中幾乎不會出現(xiàn)這種反應(yīng)。但是,鋰離子電池在多次充放后容量仍然會下降,其原因是復(fù)雜而多樣的。重要是正負(fù)極材料本身的變化,從分子層面來看,正負(fù)極上容納鋰離子的空穴結(jié)構(gòu)會逐漸塌陷、堵塞;從化學(xué)角度來看,是正負(fù)極材料活性鈍化,出現(xiàn)副反應(yīng)生成穩(wěn)定的其他化合物。物理上還會出現(xiàn)正極材料逐漸剝落等情況,總之最終降低了電池中可以自由在充放電過程中移動的鋰離子數(shù)目。
過度充電和過度放電,將對鋰離子電池的正負(fù)極造成永久的損壞,從分子層面看,可以直觀的理解,過度放電將導(dǎo)致負(fù)極碳過度釋出鋰離子而使得其片層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塌陷,過度充電將把太多的鋰離子硬塞進(jìn)負(fù)極碳結(jié)構(gòu)里去,而使得其中一些鋰離子再也無法釋放出來。這也是鋰離子電池為何通常配有充放電的控制電路的原因。不適合的溫度,將引發(fā)鋰離子電池內(nèi)部其他化學(xué)反應(yīng)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(fù)極之間設(shè)有保護(hù)性的溫控隔膜或電解質(zhì)添加劑。在電池升溫到一定的情況下,復(fù)合膜膜孔閉合或電解質(zhì)變性,電池內(nèi)阻增大直到斷路,電池不再升溫,確保電池充電溫度正常。筆記本電腦用鋰離子電池一般都帶有管理芯片和充電控制芯片。其中管理芯片中有一系列的寄存器,存有容量、溫度、ID、充電狀態(tài)、放電次數(shù)等數(shù)值。
這些數(shù)值在使用中會逐漸變化。我個人認(rèn)為,在筆記本電腦的使用說明中的"使用一個月后應(yīng)該全充放一次"的做法重要的用途應(yīng)該就是修正這些寄存器里不當(dāng)?shù)闹担沟秒姵氐某潆娍刂坪蜆?biāo)稱容量吻合電池的實(shí)際情況。充電控制芯片重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,恒流快充階段(電池指示燈呈黃色時)和恒壓電流遞減階段(電池指示燈呈綠色閃爍。恒流快充階段,電池電壓逐步升高到電池的標(biāo)準(zhǔn)電壓,隨后在控制芯片下轉(zhuǎn)入恒壓階段,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。電量統(tǒng)計(jì)芯片通過記錄放電曲線(電壓,電流,時間)可以抽樣計(jì)算出電池的電量,這就是我們在BatteryInformaTIon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,假如芯片一直沒有機(jī)會再次讀出完整的一個放電曲線,其計(jì)算出來的電量也就是不準(zhǔn)確的。所以我們要深充放來校準(zhǔn)電池的芯片。
一般來說,電池的接縫都是通過粘合劑粘在一起的,因此我們很容易看到粘合的位置,不過基本上這個接口位置,沒有強(qiáng)力工具,基本是無法打開了。拆解之后,大家可以看到,95%以上體積都是電芯,外加一塊電路板
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