我們愛機(jī)的鋰電池究竟要如何保養(yǎng)才算正確？這個(gè)問題一直困擾著很多手機(jī)的忠實(shí)用戶，包括我。在查閱了一些資料之后，不久前有機(jī)會(huì)咨詢了一位電化學(xué)專業(yè)的在讀博士和國(guó)內(nèi)某知名電池研究所的副所長(zhǎng)。現(xiàn)將最近獲得的一些相關(guān)知識(shí)和心得寫出來，以饗諸位讀者。

　　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。常見的正極材料主要成分為L(zhǎng)iCoO2，充電時(shí)，加在電池兩極的電勢(shì)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(shí)，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(dòng)產(chǎn)生了電流。

　　化學(xué)反應(yīng)原理雖然很簡(jiǎn)單，然而在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，需要考慮的實(shí)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(fù)極的材料需要在分子結(jié)構(gòu)級(jí)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，還需要具有良好導(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，在鋰電池中幾乎不會(huì)產(chǎn)生這種反應(yīng)。但是，鋰離子電池在多次充放后容量仍然會(huì)下降，其原因是復(fù)雜而多樣的。主要是正負(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(huì)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(huì)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(dòng)的鋰離子數(shù)目。

　　過度充電和過度放電，將對(duì)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什么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。

　　而深充放能提升鋰離子電池的實(shí)際容量嗎？專家明確地告訴我，這是沒有意義的。他們甚至說，所謂使用前三次全充放的“激活”，在他們兩位博士的知識(shí)里，也想不通這有什么必要。然而為什么很多人深充放以后BatteryInformation里標(biāo)示容量會(huì)發(fā)生改變呢?后面將會(huì)提到。

　　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(huì)逐漸變化。我個(gè)人認(rèn)為，使用說明中的“使用一個(gè)月左右應(yīng)該全充放一次”的做法主要的作用應(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(gè)階段，恒流快充階段（電池指示燈呈黃色時(shí)）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(huì)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(shí)間）可以抽樣計(jì)算出電池的電量，這就是我們?cè)贐atteryInformation里讀到的wh.值。而鋰離子電池在多次使用后，放電曲線是會(huì)改變的，如果芯片一直沒有機(jī)會(huì)再次讀出完整的一個(gè)放電曲線，其計(jì)算出來的電量也就是不準(zhǔn)確的。所以我們需要深充放來校準(zhǔn)電池的芯片。

　　１．認(rèn)識(shí)記憶效應(yīng)電池記憶效應(yīng)是指電池的可逆失效,即電池失效后可重新回復(fù)的性能.記憶效應(yīng)是指電池長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)受特定的工作循環(huán)后,自動(dòng)保持這一特定的傾向.這個(gè)最早定義在鎳鎘電池,鎳鎘的袋式電池不存在記憶效應(yīng),燒結(jié)式電池有記憶效應(yīng).而現(xiàn)在的鎳金屬氫(俗稱鎳氫)電池不受這個(gè)記憶效應(yīng)定義的約束.因?yàn)楝F(xiàn)代鎳鎘電池工藝的改進(jìn),上述的記憶效應(yīng)已經(jīng)大幅度的降低,而另外一種現(xiàn)象替換了這個(gè)定義,就是鎳基電池的"晶格化",通常情況,鎳鎘電池受這兩種效應(yīng)的綜合影響,而鎳氫電池則只受"晶格化"記憶效應(yīng)的影響,而且影響較鎳鎘電池的為小.在實(shí)際應(yīng)用中,消除記憶效應(yīng)的方法有嚴(yán)格的規(guī)范和一個(gè)操作流程.操作不當(dāng)會(huì)適得其反。

　　對(duì)于鎳鎘電池,正常的維護(hù)是定期深放電:平均每使用一個(gè)月(或30次循環(huán))進(jìn)行一次深放電(放電到1.0v/每節(jié),老外稱之為exercise),平常使用是盡量用光電池或用到關(guān)機(jī)等手段可以緩解記憶效應(yīng)的形成,但這個(gè)不是exercise,因?yàn)閮x器(如手機(jī))是不會(huì)用到1.0v/每節(jié)才關(guān)機(jī)的,必須要專門的設(shè)備或線路來完成這項(xiàng)工作,幸好許多鎳氫電池的充電器都帶有這個(gè)功能.對(duì)于長(zhǎng)期沒有進(jìn)行exercise的鎳鎘電池,會(huì)因?yàn)橛洃浶?yīng)的累計(jì),無法用exercise進(jìn)行容量回復(fù),這時(shí)則需要更深的放電(老外稱recondition),這是一種用很小的電流長(zhǎng)時(shí)間對(duì)電池放電到0.4v每節(jié)的一個(gè)過程,需要專業(yè)的設(shè)備進(jìn)行.對(duì)于鎳氫電池,exercise進(jìn)行的頻率大概每三個(gè)月一次即可有效的緩解記憶效應(yīng).因?yàn)殒嚉潆姵氐难h(huán)壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鎳鎘電池,幾乎用不到recondition這個(gè)方法.

　　２．電池需要激活嗎？

　　回答是電池需要激活,但這不是用戶的要做的事.我參觀過鋰離子電池的生產(chǎn)廠,鋰離子電池在出廠以前要經(jīng)過如下過程:鋰離子電池殼灌輸電解液---封口----化成,就是恒壓充電,然后放電,如此進(jìn)行幾個(gè)循環(huán),使電極充分浸潤(rùn)電解液,充分活化,以容量達(dá)到要求為止,這個(gè)就是激活過程---分容,就是測(cè)試電池的容量選取不同性能(容量)的電池進(jìn)行歸類,劃分電池的等級(jí),進(jìn)行容量匹配等.這樣出來的鋰離子電池到用戶手上已經(jīng)是激活過的了.我們大家常用的鎳鎘電池和鎳氫電池也是如此化成激活以后才出廠的.其中有些電池的激活過程需要電池處于開口狀態(tài),激活以后再封口,這個(gè)工序也只可能有電芯生產(chǎn)廠家來完成了.這里存在一個(gè)問題,就是電池廠出廠的電池到用戶手上,這個(gè)時(shí)間有時(shí)會(huì)很長(zhǎng),短則1個(gè)月,長(zhǎng)則半年,這個(gè)時(shí)候,因?yàn)殡姵仉姌O材料會(huì)鈍化,所以廠家建議初次使用的電池最好進(jìn)行3~5次完全充放過程,以便消除電極材料的鈍化,達(dá)到最大容量.在2001年頒布的三個(gè)關(guān)于鎳氫.鎳鎘和鋰離子電池的國(guó)標(biāo)中,其初始容量的檢測(cè)均有明確規(guī)定,對(duì)電池可以進(jìn)行5次深充深放,當(dāng)有一次符合規(guī)定時(shí),試驗(yàn)即可停止.這很好的解釋了我說的這個(gè)現(xiàn)象.

　　那么稱之為"第二次激活"也是可以的,用戶初次使用的"新"電池盡量進(jìn)行幾次深充放循環(huán).

　　然而據(jù)我的測(cè)試(針對(duì)鋰離子電池),存儲(chǔ)期在1~3個(gè)月之內(nèi)的鋰離子電池,對(duì)它進(jìn)行深充深放的循環(huán)處理,其容量提高現(xiàn)象幾乎不存在.(我在專題討論區(qū)有關(guān)于電池激活的測(cè)試報(bào)告)。

　　３．前三次要充１２小時(shí)嗎？

　　這個(gè)問題是緊扣上面的電池激活問題的,姑且設(shè)出廠的電池到用戶手上有電極鈍化現(xiàn)象,為了激活電池進(jìn)行深充深放電循環(huán)3次.其實(shí)這個(gè)問題轉(zhuǎn)化為深充是不是就是要充12個(gè)小時(shí)的問題.那么我的另一片文章"論手機(jī)電池的充電時(shí)間"已經(jīng)回答了這個(gè)問題。

　　答案是不需要充１２小時(shí).早期的手機(jī)鎳氫電池因?yàn)樾枰a(bǔ)充和涓流充電過程,要達(dá)到最完美的充飽狀態(tài),可能需要5個(gè)小時(shí)左右,但是也是不需要12個(gè)小時(shí)的.而鋰離子電池的恒流恒壓充電特性更是決定了它的深充電時(shí)間無需12個(gè)小時(shí).對(duì)于鋰離子電池有人會(huì)問,既然恒壓階段鋰離子電池的電流逐漸減小,是不是當(dāng)電流小到無窮小的時(shí)候才是真正的深充.我曾經(jīng)畫出恒壓階段電流減小對(duì)時(shí)間的曲線,對(duì)它進(jìn)行多次曲線擬合,發(fā)現(xiàn)這個(gè)曲線可以用1/x的函數(shù)方式接近與零電流,實(shí)際測(cè)試時(shí)因?yàn)殇囯x子電池本身存在的自放電現(xiàn)象,這個(gè)零電流是永遠(yuǎn)不可能到達(dá)的.以600mah的電池為例,設(shè)置截至電流為0.01c(即6ma),它的1c充電時(shí)間不超過150分鐘,那么設(shè)置截至電流為0.001c(即0.6ma),它的充電時(shí)間可能為10小時(shí)---這個(gè)因?yàn)閮x器精度的問題,已經(jīng)無法精確獲得,但是從0.01c到0.001c獲的容量經(jīng)計(jì)算僅為1.7mah,以多用的7個(gè)多小時(shí)來換取這僅僅的千分之三不到的容量是沒有任何實(shí)際意義的.何況,還有其它的充電方式,比如脈沖充電方式使鋰離子電池來達(dá)到4.2v的限制電壓,它根本沒有截止最小電流判斷階段,一般150分鐘后它就是100%充飽了.許多手機(jī)都是用脈沖充電方式的．有人曾經(jīng)用手機(jī)顯示充飽后,再用座充進(jìn)行充電來確認(rèn)手機(jī)的充飽程度,這個(gè)測(cè)試方法欠嚴(yán)謹(jǐn).首先座充顯示綠燈不是檢測(cè)真正充飽與否的一個(gè)依據(jù)。

　　檢測(cè)鋰離子電池充飽與否的唯一最終的方法就是測(cè)試在不充電(也不放電)狀態(tài)時(shí)的鋰離子電池的電壓.所謂恒壓階段電流減小其真正的目的就是逐漸減小在電池內(nèi)阻上因充電電流而產(chǎn)生的附加電壓,當(dāng)電流小到0.01c,比如6ma,這個(gè)電流乘與電池內(nèi)阻(一般在200毫歐之內(nèi))僅為1mv,可以認(rèn)為這時(shí)的電壓就是無電流狀態(tài)的電池電壓.其次,手機(jī)的基準(zhǔn)電壓不一定等于座充的基準(zhǔn)電壓,手機(jī)認(rèn)為充飽的電池到了座充上,座充卻不認(rèn)為已經(jīng)充飽,卻繼續(xù)進(jìn)行充電。

　　４．充電電池有最佳狀態(tài)嗎？

　　有一種說法就是，充電電池使用得當(dāng)，會(huì)在某一段循環(huán)范圍出現(xiàn)最佳的狀態(tài)，就是容量最大．這個(gè)要分情況，密封的鎳氫電池和鎳鎘電池，如果使用得當(dāng)（比如定期的維護(hù)，防止記憶效應(yīng)的產(chǎn)生和累計(jì)），一般會(huì)在１００～２００個(gè)循環(huán)處達(dá)到其容量的最大值，比如出廠容量為1000mah的鎳氫電池用了120次循環(huán)后,其容量有可能達(dá)到1100mah．幾乎所有的日本鎳氫電池生產(chǎn)商的技術(shù)規(guī)格書中描述鎳基電池的循環(huán)特性的圖上我都能看到這樣的描述．

　　鎳基電池有最佳狀態(tài),一般在100~200循環(huán)次數(shù)之間達(dá)到其最大容量對(duì)于液態(tài)鋰離子電池，卻根本不存在這樣一個(gè)循環(huán)容量的駝峰現(xiàn)象，從鋰離子電池出廠到最終電池報(bào)廢為止，其容量的表現(xiàn)就是用一次少一次．我在對(duì)鋰離子電池做循環(huán)性能的時(shí)候也從來沒有看到過有容量回升的跡象．

　　鋰離子電池沒有最佳狀態(tài).值得一提的是,鋰離子電池更容易受環(huán)境溫度的變化而表現(xiàn)不同的性能,在25~40度的環(huán)境溫度會(huì)表現(xiàn)其最好性能,而低溫或高溫狀態(tài),他的性能就大打折扣了.要使你的鋰離子電池充分展現(xiàn)它的容量,一定要細(xì)心的注意使用環(huán)境,防止高低溫現(xiàn)象,比如手機(jī)放在汽車的前臺(tái)上,中午的太陽直射很容易就可以使其超過60度,北方的用戶的電池待機(jī)時(shí)間,同等網(wǎng)絡(luò)情況下,就沒有南方的用戶長(zhǎng)了.

　　５．真的是充電電流越大，充電越快嗎？

　　"論手機(jī)電池的充電時(shí)間\"一文中已經(jīng)講了這個(gè)問題,對(duì)于恒流充電的鎳基電池,可以這么說,而對(duì)應(yīng)鋰離子電池,這個(gè)是不完全正確的。

　　對(duì)于鋰離子電池的充電，在一定電流范圍內(nèi)(1.5c~0.5c),提高恒流恒壓充電方式的恒流電流值,并不能縮短充飽鋰離子電池的時(shí)間.

　　６．直充標(biāo)的輸出電流就等于充電電流嗎？

　　這就要討論手機(jī)的充電方式了,對(duì)于充電管理在手機(jī)里面的,設(shè)定同樣一個(gè)直充(實(shí)際應(yīng)稱為電源適配器)的輸出如:5.3v600maa.充電管理是開關(guān)方式(高頻脈寬調(diào)整pwm方式),這個(gè)充電方式,手機(jī)并沒有完全利用直充的輸出能力,直充工作在恒壓段,輸出5.3v,此時(shí)真正的充電電流由手機(jī)的充電管理進(jìn)行調(diào)整,而且肯定要小于600ma,一般在300~400ma.這個(gè)時(shí)候,大家看到的直充的輸出電流就不是手機(jī)的充電電流.比如motorola的許多直充其輸出為5.0v1a,真正對(duì)電池充電的也就用到了500ma足矣,因?yàn)槭謾C(jī)的電池容量也不過580mah.

　　這時(shí)直充上標(biāo)的輸出電流就不等于實(shí)際充電電流。

　　7.正常使用中應(yīng)該何時(shí)開始充電?

　　因?yàn)槌浞烹姷拇螖?shù)是有限的，所以應(yīng)該將鋰電池的電盡可能用光再充電。但是我找到一個(gè)關(guān)于鋰離子電池充放電循環(huán)的實(shí)驗(yàn)表，關(guān)于循環(huán)壽命的數(shù)據(jù)列出如下：循環(huán)壽命(10%DOD):>1000次循環(huán)壽命(100%DOD):>200次其中DOD是放電深度的英文縮寫。從表中可見，可充電次數(shù)和放電深度有關(guān)，10%DOD時(shí)的循環(huán)壽命要比100%DOD的要長(zhǎng)很多。當(dāng)然如果折合到實(shí)際充電的相對(duì)總?cè)萘浚?0%*1000=100，100%*200=200，后者的完全充放電還是要比較好一些，但前面網(wǎng)友的那個(gè)說法要做一些修正：在正常情況下，你應(yīng)該有保留地按照電池剩余電量用完再充的原則充電，但假如你的電池在你預(yù)計(jì)第2天不可能堅(jiān)持整個(gè)白天的時(shí)候，就應(yīng)該及時(shí)開始充電，當(dāng)然你如果愿意背著充電器到辦公室又當(dāng)別論。而你需要充電以應(yīng)付預(yù)計(jì)即將到來的會(huì)導(dǎo)致通訊繁忙的重要事件的時(shí)候，即使在電池尚有很多余電時(shí)，那么你也只管提前充電，因?yàn)槟悴]有真正損失“1”次充電循環(huán)壽命，也就是“0.x”次而已，而且往往這個(gè)x會(huì)很小。

　　結(jié)論：

　　1.過度充電和過度放電，將對(duì)鋰離子電池的正負(fù)極造成永久的損壞。因此不論是首次使用，還是日常充電，都不需要過度充放電，按照說明書指示的時(shí)間充電即可。

　　2.在正常情況下，你應(yīng)該有保留地按照電池剩余電量用完再充的原則充電，但假如你的電池在你預(yù)計(jì)第2天不可能堅(jiān)持整個(gè)白天的時(shí)候，就應(yīng)該及時(shí)開始充電。

　　3.一段時(shí)間可做一次保護(hù)電路控制下的深充放以修正電池的電量統(tǒng)計(jì)，但這不會(huì)提高你電池的實(shí)際容量。

　　4.長(zhǎng)期不用的電池，應(yīng)放在陰涼的地方以減弱其內(nèi)部自身鈍化反應(yīng)的速度，并應(yīng)充入一定的電量以防電池在存貯中自放電過量導(dǎo)致過度放電的損壞。

　　5.其實(shí)電池沒有太多要顧及的使用注意，換句話說是顧及也沒有太大用。一個(gè)電池能使用多少次，也許差別更多的來自電池本身制造中的個(gè)體差異，而不是使用方法。選擇具有良好口碑的手機(jī)品牌，無疑是日后電池使用長(zhǎng)壽命的保障之一。

　　6.唯一延長(zhǎng)鋰電池使用壽命的方法在于，延長(zhǎng)充電周期，即在保證正常使用的前提下，盡量省電。