最近幾年電池技術的革新主要體現在鋰電池技術上。鋰電池的容量比目前大批量生產的任何可充電電池（如NiCdNiMH電池）的容量都大。雖然以體積為度量尺度時鋰電池的容量僅比同樣體積大小的NiMH電池容量僅大10%~30%，但是對于便攜式設備體積大小并非其唯一重要指標，設備的輕重度同樣很重要。當以單位重量計算儲能多少時鋰電池的優勢一下體現出來了。NiMH電池相對鋰而言要重些，同等質量的容量相比鋰電池將近是NiMH電池的兩倍。

當然，鋰電池也有許多不足或局限，如對過充電和過放電十分敏感。為了最大限度的給電池儲能，必須將電池充電至其最大電壓，但是過壓充電可能對鋰電池造成永久性損壞。同樣也不能過流充放電。同時亦有放電警告：重復放電到一個太低的電壓可能降低鋰電池的容量。

因此，為了保護鋰電池免遭損壞，對其充放電時必須限定電流電壓。大多數鋰電池內部都具有某種類型的欠壓和過壓斷路電路。除此之外，典型的鋰電池內部還包括防止過流的保險絲和當高壓出現時斷開電池的開關，防止電池被損壞。NiCdNiMH電池需要電流源充電，而鋰電池與之不同它需要以電流源結合電壓源方式充電。鋰電池對壓充電電壓很敏感，因此為了獲得最大限度的儲能又不至損壞電池，大多數鋰電池充電器充電電壓維持在鋰電池額定輸出值1%容限范圍內。采用更小的容限充電可獲得稍多一點儲能，考慮到其額外開銷和實現難度，這通常是得不償失。

鋰電池封裝內常常包含有保護作用的MOSFET開關，當過壓或欠壓時斷開電池回路。這些保護MOSFET開關使鋰電池實現了交替充電模式，既當采用無電壓限制的恒流源對其充電時MOSFET開關根據需要自動閉合，自動斷開使電池電壓維持在適當值。電池的電容有助于減慢電池電壓上升，但必須注意：當頻率變化時其容值變化很大，并且每一個電池的電容值都不一致。

間歇式負載在某些應用場合其工作電流超出了主電池負載能力。一種解決方法是配置一附加的可充電電池在大電流工作期間提供額外電流。之后主電池對輔助電池又充電以備下一個用電高峰期使用。雙向尋呼機對這種處理應用提供了一個很好的范例。通常情形下，尋呼機靠單獨一個AA型堿性蓄電池供電，然而當機器工作于發射期時，單獨一個堿性電池提供的電流太小，不能滿足系統電流要求。因此系統又配備了一個NiCd電池在機器發射期間向系統供電，在發射過程結束后（占絕大部分時間）它又被主電池充電。

便攜式電子產品以電池作為電源。隨著便攜式產品的迅猛發展，各種電池的用量大增，并且開發出許多新型電池。除大家較熟悉的高性能堿性電池、可充電的鎳鎘電池、鎳氫電池外，還有近年來開發的鋰電池。本文主要介紹有關鋰電池的基本知識。這包括它的特性、主要參數、型號的意義、應用范圍及使用注意事項等。

鋰是一種金屬元素，其化學符號為Li(其英文名為lithium)，是一種銀白色、十分柔軟、化學性能活潑的金屬，在金屬中是最輕的。它除了應用于原子能工業外，可制造特種合金、特種玻璃(電視機上用的熒光屏玻璃)及鋰電池。在鋰電池中它用作電池的陽極。

鋰電池也分成兩大類：不可充電的及可充電的兩類。不可充電的電池稱為一次性電池，它只能將化學能一次性地轉化為電能，不能將電能還原回化學能(或者還原性能極差)。而可充電的電池稱為二次性電池(也稱為蓄電池)。它能將電能轉變成化學能儲存起來，在使用時，再將化學能轉換成電能，它是可逆的，如電能化學能鋰電池的主要特點

靈巧型便攜式電子產品要求尺寸小、重量輕，但電池的尺寸及重量與其它電子元器件相比往往是最大的及最重的。例如，想當年的“大哥大”是相當“粗大、笨重”，而今天的手機是如此的輕巧。其中電池的改進是起了重要作用的：過去是鎳鎘電池，現在是鋰離子電池。

鋰電池的最大特點是比能量高。什么是比能量呢?比能量指的是單位重量或單位體積的能量。比能量用Wh/kg或Wh/L來表示。Wh是能量的單位，W是瓦、h是小時；kg是千克(重量單位)，L是升(體積單位)。這里舉一個例來說明：5號鎳鎘電池的額定電壓為1?2V，其容量為800mAh，則其能量為0?96Wh(1?2V×0?8Ah)。同樣尺寸的5號鋰－二氧化錳電池的額定電壓為3V，其容量為1200mAh，則其能量為3?6Wh。這兩種電池的體積是相同的，則鋰－二氧化錳電池的比能量是鎳鎘電池的3?75倍!

一節5號鎳鎘電池約重23g，而一節5號鋰－二氧化錳電池約重18g。一節鋰－二氧化錳電池為3V，而兩節鎳鎘電池才2?4V。所以采用鋰電池時電池數量少(使便攜式電子產品體積減小、重量減輕)，并且電池的工作壽命長。

另外，鋰電池具有放電電壓穩定、工作溫度范圍寬、自放電率低、儲存壽命長、無記憶效應及無公害等優點。

鋰電池的缺點是價格昂貴，所以目前尚不能普遍應用，主要應用于掌上計算機、pDA、通信設備、照相機、衛星、特種、特種、儀器等。隨著技術的發展、工藝的改進及生產量的增加，鋰電池的價格將會不斷地下降，應用上也會更普遍。

不可充電的鋰電池

不可充電的鋰電池有多種，目前常用的有鋰－二氧化錳電池、鋰—亞硫酰氯電池及鋰和其它化合物電池。本文僅介紹前兩種最常用的。

1?鋰－二氧化錳電池(Li?MnO2)

鋰－二氧化錳電池是一種以鋰為陽極、以二氧化錳為陰極，并采用有機電解液的一次性電池。該電池的主要特點是電池電壓高，額定電壓為3V(是一般堿性電池的2倍)；終止放電電壓為2V；比能量大(見上面舉的例子)；放電電壓穩定可靠；有較好的儲存性能(儲存時間3年以上)、自放電率低(年自放電率≤2％)；工作溫度范圍－20℃～＋60℃。

該電池可以做成不同的外形以滿足不同要求，它有長方形、圓柱形及紐扣形(扣式)。圓柱形的也有不同的直徑及高度尺寸。這里列舉大家較熟悉的1＃(尺寸代碼D)、2＃(尺寸代碼C)及5＃(尺寸代碼AA)電池的主要參數，如表1所示。

型號中的CR表示為圓柱形鋰－二氧化錳電池；五位數字中，前兩位表示電池的直徑,后三位表示帶一位小數的高度。例如，CR14505，其直徑為14mm，高度為50?5mm(這種型號是通用的)。

這里要指出的是不同工廠生產的同型號的電池其參數可能有些差別。另外，表1中的標準放電電流值是較小的，實際放電電流可以大于標準放電電流，并且連續放電及脈沖放電的允許放電電流也不同，由電池廠提供有關數據。例如，力興電源公司生產的CR14505給出最大連續放電電流為1000mA，最大脈沖放電電流可達2500mA。

照相機中用的鋰電池多半是鋰－二氧化錳電池。這里將照相機中常用的鋰－二氧化錳電池列入表2，供參考。

紐扣式(扣式)電池尺寸較小，其直徑為12?5～24?5mm，高度為1?6～5?0mm。幾種較常用的扣式電池如表3所示。

表3中的型號CR為圓柱形鋰－二氧化錳電池，后四位數字中前兩位為電池的直徑尺寸，后兩位為帶小數點的高度尺寸。例如，CR1220的直徑為12?5mm(不包括小數點后的數)，其高度為2?0mm。這種型號表示方法是國際通用的。

這種扣式電池常用于時鐘、計算器、電子記事本、照相機、助聽器、電子游戲機、IC卡、備用電源等。

2?鋰－亞硫酰氯電池(Li?SOCl2)

鋰－亞硫酰氯電池是比能量最高的一種，目前可達到500Wh/kg或1000Wh/L的水平。它的額定電壓是3?6V，以中等電流放電時具有極其平坦的3?4V放電特性(可在90％容量范圍內平坦地放電，保持不大的變化)。電池可以在－40℃～＋85℃范圍內工作，但在－40℃時的容量約為常溫容量的50％。自放電率低(年自放電率≤1％)、儲存壽命長達10年以上。

常見的1＃、2＃及5＃圓柱形鋰－亞硫酰氯電池的參數如表4所示。

以1＃(尺寸代碼D)鎳鎘電池與1＃鋰－亞硫酰氯電池的比能量作一個比較：1＃鎳鎘電池的額定電壓為1?2V，容量為5000mAh；1＃鋰－亞硫酰氯的額定電壓為3?6V，容量為10000mAh，則后者的比能量比前者大6倍!

應用注意事項

上述兩種鋰電池是一次性電池，不可充電(充電時有危險!)；電池正負極之間不可短路；不可以過大電流放電(超過最大放電電流放電)；電池使用至終止放電電壓時，應從電子產品中及時取出；用完的電池不可擠壓、焚燒及拆卸；不可超過規定溫度范圍使用。

由于鋰電池的電壓高于普通電池或鎳鎘電池，使用時不要搞錯以免損壞電路。通過熟悉型號中的CR、ER就可以知道它的種類及額定電壓。在購買新電池時，一定要按原來的型號來買，否則會影響電子產品性能。▲

可充電的鋰電池

可充電的鋰電池有多種，如鋰-釩氧化物電池，鋰離子電池及國外新開發的鋰-聚合物電池等。這里僅介紹前兩種，重點介紹鋰離子電池。

可充電鋰離子電池是目前手機中應用最廣泛的電池，但它較為“嬌氣”，在使用中不可過充、過放(會損壞電池或使之報廢)。因此，在電池上有保護元器件或保護電路以防止昂貴的電池損壞。

鋰離子電池充電要求很高，要保證終止電壓精度在1%之內，目前各大半導體器件廠已開發出多種鋰離子電池充電的IC，以保證安全、可靠、快速地充電。

現在手機已十分普遍，手機中一部分是鎳氫電池，但靈巧型的手機則是鋰離子電池。正確地使用鋰離子電池對延長電池壽命是十分重要的。

1.鋰-釩氧化物電池(Li-V6O13)

鋰-釩氧化物電池以鋰為陽極、釩氧化物為陰極、無機鹽的有機溶劑為電解質組成。它的特點是可以充電。以2號電池為例，將鋰-釩氧化物電池與鋰-二氧化錳電池及鋰-亞硫酰氯電池相比較如表5所示。

由表5可知，由于鋰-釩氧化物電池的額定電壓僅為2.8V，而且額定容量也小，故與其它兩種鋰電池相比，其比能量是最小的。該類圓柱形電池的主要參數如表6所示。從表6可看出，其充電次數(循環壽命)也不長，所以這種可充電電池不久就由鋰離子電池替代了。

2.鋰離子電池(Li-Ion)

鋰離子電池是目前應用最為廣泛的鋰電池，它根據不同的電子產品的要求可以做成扁平長方形、圓柱形、長方形及扣式，并且有由幾個電池串聯在一起組成的電池組。

鋰離子電池的額定電壓為3.6V(有的產品為3.7V)。充滿電時的終止充電電壓與電池陽極材料有關：陽極材料為石墨的4.2V；陽極材料為焦炭的4.1V。不同陽極材料的內阻也不同，焦炭陽極的內阻略大，其放電曲線也略有差別，如圖1所示。一般稱為4.1V鋰離子電池及4.2V鋰離子電池。鋰離子電池的終止放電電壓為2.5V～2.75V(電池廠給出工作電壓范圍或給出終止放電電壓，各參數略有不同)。低于終止放電電壓繼續放電稱為過放，過放對電池會有損害。

鋰離子電池不適合用作大電流放電，過大電流放電時會降低放電時間(內部會產生較高的溫度而損耗能量)。因此電池生產工廠給出最大放電電流，在使用中應小于最大放電電流。

鋰離子電池對溫度有一定要求，工廠給出了充電溫度范圍、放電溫度范圍及保存溫度范圍。

鋰離子電池對充電的要求是很高的，它要求精密的充電電路以保證充電的安全。終止充電電壓精度允差為額定值的±1%(例如，充4.2V的鋰離子電池，其允差為±0.042V)，過壓充電會造成鋰離子電池永久性損壞。鋰離子電池充電電流應根據電池生產廠的建議，并要求有限流電路以免發生過流(過熱)。一般常用的充電率為0.25C～1C（C是電池的容量，如C=800mAh，1C充電率即充電電流為800mA）。在大電流充電時往往要檢測電池溫度，以防止過熱損壞電池或產生爆炸。

鋰離子電池充電分為兩個階段：先恒流充電，到接近終止電壓時改為恒壓充電，其充電特性如圖2所示。這是一種800mAh容量的電池，其終止充電電壓為4.2V。電池以800mA(充電率為1C)恒流充電，開始時電池電壓以較大的斜率升壓，當電池電壓接近4.2V時，改成4.2V恒壓充電，電流漸降，電壓變化不大，到充電電流降為1/10C(約80mA)時，認為接近充滿，可以終止充電(有的充電器到1/10C后啟動定時器，過一定時間后結束充電)。

各種鋰離子電池的型號中的6位數字，前兩位為高度尺寸，中間兩位為寬度尺寸，后兩位為長度尺寸(mm)。例如LIS063048，其高為6.7mm，寬為29.9mm，長度為48mm。

型號的四位數字中，前兩位為直徑，后兩位為帶一位小數點的高度尺寸。例如LIR2025，它的直徑為20mm，高度為2.5mm。

鋰離子電池保護元件及保護電路

鋰離子電池在充電或放電過程中若發生過充、過放或過流時，會造成電池的損壞或降低使用壽命。為此，開發出各種保護元件及由保護IC組成的保護電路。它安裝在電池或電池組中，使電池獲得完善的保護。

1.正溫度系數聚合物保護元件

Tyco公司最近推出了VLR230(5×12mm)及VLR170(3.6×10mm)自復式條狀保護元件，它專門用于鋰離子電池或鎳氫電池組作過流或過熱保護。它在正常溫度時自身電阻極低(如VLR230的阻值為0.015Ω)，一旦超過閾值電流或閾值溫度，電阻會急劇升高而起到保護作用(該保護元件串聯在電池電路中，有的安裝在電池中)。元件的特性如圖3所示，電路如圖4所示。

這種保護元件在有短路及過充或過放情況發生時，產生大量的熱使電池溫度升高，由于保護元件的高阻抗而得到保護。當故障排除或斷開電路時，它有自復作用(即回到低阻抗)。

在60℃以下VLR170可提供700mA、VLR230可提供900mA充電或放電電流。兩元件耐壓均為12V。

2.鋰離子保護器IC

Texas公司最近開發出內部集成了MOSFET開關的鋰離子電池保護器IC，其尺寸僅為4.55×3.44×0.88mm(型號為VCC3952A)，它適用于4mm厚的手機鋰離子電池作保護用。它外部僅需要一個0.1μF的表面貼裝式電容。器件工作電流5μA，可通過3A電流，有4.2V～4.35V四個標準過壓電壓。它還可用于單鋰離子電池中。

本刊2000年第5期發表了“鋰-離子電池保護器IC—AIC1811”一文。該文較詳細地介紹了它的工作原理及有關電路，這里不再介紹。

最近Dallas公司開發了高精度鋰離子電池監控器DS2760。它包括一個鋰離子電池保護電路及一個25mΩ的電流敏感電阻(電流檢測電阻)，該器件是3.25×2.75mm管芯封裝。其中有10位電流A/D變換器、10位電壓A/D變換器、一個正負10位溫度傳感器及EEpROM等。它采用單線與主系統通信來控制電池的充、放電，全面地保護鋰離子電池。有興趣的讀者可從網上查閱該監控器的有關內容(網址：http://www.dalsemi.com)。

應用注意事項

鋰離子電池應用注意事項除與上述不可充電的鋰電池相同外，在充電方面還應注意以下幾點：

1.鋰離子電池有4.1V及4.2V終止充電的不同品種，因此在充電時注意的是4.1V的電池不能用4.2V的充電器充電，否則會有過充的危險(4.1V與4.2V的充電器用的充電器IC是不同的!)。

2.對電池充電時，其環境溫度不能超過產品特性表中所列的溫度范圍。

3.不能反向充電。

4.不能用充鎳鎘電池的充電器(充三節鎳鎘電池的)來充鋰離子電池(雖然額定電壓一樣，都是3.6V)，但充電方式不同，容易造成過充。

在放電方面應注意以下幾點：

1.鋰離子電池放電電流不能超過產品特性表中給出最大放電電流。放電電流較大時，會產生較高的溫度(損耗能量)，減少放電時間，若電池中無保護元件會產生過熱而損壞電池。

2.不同溫度下放電曲線是不同的，如圖5所示。從圖中可以看出，在不同的溫度下，其放電電壓及放電時間也不同。在-20℃放電時情況最差。

在貯存方面：

1.電池若長期貯存，要保持在50%放電態。

2.電池應保存在低溫、干燥壞境中。

3.要遠離熱源，也不要置于陽光直射的地方。