我們愛機的鋰電池究竟要如何保養(yǎng)才算正確？這個問題一直困擾著很多手機的忠實用戶，包括我。在查閱了一些資料之后，不久前有機會咨詢了一位電化學專業(yè)的在讀博士和國內(nèi)某知名電池研究所的副所長。現(xiàn)將最近獲得的一些相關(guān)知識和心得寫出來，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(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。鋰離子的移動產(chǎn)生了電流。

化學反應(yīng)原理雖然很簡單，然而在實際的工業(yè)生產(chǎn)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(jié)構(gòu)級去設(shè)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(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下降，其原因是復(fù)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(jié)構(gòu)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(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負極碳結(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極之間設(shè)有保護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里標示容量會發(fā)生改變呢?后面將會提到。

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)值在使用中會逐漸變化。我個人認為，使用說明中的“使用一個月左右應(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?shù)闹担沟秒姵氐某潆娍刂坪蜆朔Q容量吻合電池的實際情況。

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準電壓，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)計芯片通過記錄放電曲線（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，如果芯片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。所以我們需要深充放來校準電池的芯片。

１．認識記憶效應(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)是指電池長時間經(jīng)受特定的工作循環(huán)后,自動保持這一特定的傾向.這個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)電池不受這個記憶效應(yīng)定義的約束.因為現(xiàn)代鎳鎘電池工藝的改進,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.在實際應(yīng)用中,消除記憶效應(yīng)的方法有嚴格的規(guī)范和一個操作流程.操作不當會適得其反。

對于鎳鎘電池,正常的維護是定期深放電:平均每使用一個月(或30次循環(huán))進行一次深放電(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)機等手段可以緩解記憶效應(yīng)的形成,但這個不是exercise,因為儀器(如手機)是不會用到1.0v/每節(jié)才關(guān)機的,必須要專門的設(shè)備或線路來完成這項工作,幸好許多鎳氫電池的充電器都帶有這個功能.對于長期沒有進行exercise的鎳鎘電池,會因為記憶效應(yīng)的累計,無法用exercise進行容量回復(fù),這時則需要更深的放電(老外稱recondition),這是一種用很小的電流長時間對電池放電到0.4v每節(jié)的一個過程,需要專業(yè)的設(shè)備進行.對于鎳氫電池,exercise進行的頻率大概每三個月一次即可有效的緩解記憶效應(yīng).因為鎳氫電池的循環(huán)壽命遠遠低于鎳鎘電池,幾乎用不到recondition這個方法.

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,如此進行幾個循環(huán),使電極充分浸潤電解液,充分活化,以容量達到要求為止,這個就是激活過程---分容,就是測試電池的容量選取不同性能(容量)的電池進行歸類,劃分電池的等級,進行容量匹配等.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,這個工序也只可能有電芯生產(chǎn)廠家來完成了.這里存在一個問題,就是電池廠出廠的電池到用戶手上,這個時間有時會很長,短則1個月,長則半年,這個時候,因為電池電極材料會鈍化,所以廠家建議初次使用的電池最好進行3~5次完全充放過程,以便消除電極材料的鈍化,達到最大容量.在2001年頒布的三個關(guān)于鎳氫.鎳鎘和鋰離子電池的國標中,其初始容量的檢測均有明確規(guī)定,對電池可以進行5次深充深放,當有一次符合規(guī)定時,試驗即可停止.這很好的解釋了我說的這個現(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"電池盡量進行幾次深充放循環(huán).

然而據(jù)我的測試(針對鋰離子電池),存儲期在1~3個月之內(nèi)的鋰離子電池,對它進行深充深放的循環(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)于電池激活的測試報告)。

３．前三次要充１２小時嗎？

這個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,為了激活電池進行深充深放電循環(huán)3次.其實這個問題轉(zhuǎn)化為深充是不是就是要充12個小時的問題.那么我的另一片文章"論手機電池的充電時間"已經(jīng)回答了這個問題。

答案是不需要充１２小時.早期的手機鎳氫電池因為需要補充和涓流充電過程,要達到最完美的充飽狀態(tài),可能需要5個小時左右,但是也是不需要12個小時的.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間無需12個小時.對于鋰離子電池有人會問,既然恒壓階段鋰離子電池的電流逐漸減小,是不是當電流小到無窮小的時候才是真正的深充.我曾經(jīng)畫出恒壓階段電流減小對時間的曲線,對它進行多次曲線擬合,發(fā)現(xiàn)這個曲線可以用1/x的函數(shù)方式接近與零電流,實際測試時因為鋰離子電池本身存在的自放電現(xiàn)象,這個零電流是永遠不可能到達的.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),它的充電時間可能為10小時---這個因為儀器精度的問題,已經(jīng)無法精確獲得,但是從0.01c到0.001c獲的容量經(jīng)計算僅為1.7mah,以多用的7個多小時來換取這僅僅的千分之三不到的容量是沒有任何實際意義的.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.許多手機都是用脈沖充電方式的．有人曾經(jīng)用手機顯示充飽后,再用座充進行充電來確認手機的充飽程度,這個測試方法欠嚴謹.首先座充顯示綠燈不是檢測真正充飽與否的一個依據(jù)。

檢測鋰離子電池充飽與否的唯一最終的方法就是測試在不充電(也不放電)狀態(tài)時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,當電流小到0.01c,比如6ma,這個電流乘與電池內(nèi)阻(一般在200毫歐之內(nèi))僅為1mv,可以認為這時的電壓就是無電流狀態(tài)的電池電壓.其次,手機的基準電壓不一定等于座充的基準電壓,手機認為充飽的電池到了座充上,座充卻不認為已經(jīng)充飽,卻繼續(xù)進行充電。

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，會在某一段循環(huán)范圍出現(xiàn)最佳的狀態(tài)，就是容量最大．這個要分情況，密封的鎳氫電池和鎳鎘電池，如果使用得當（比如定期的維護，防止記憶效應(yīng)的產(chǎn)生和累計），一般會在１００～２００個循環(huán)處達到其容量的最大值，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)之間達到其最大容量對于液態(tài)鋰離子電池，卻根本不存在這樣一個循環(huán)容量的駝峰現(xiàn)象，從鋰離子電池出廠到最終電池報廢為止，其容量的表現(xiàn)就是用一次少一次．我在對鋰離子電池做循環(huán)性能的時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,一定要細心的注意使用環(huán)境,防止高低溫現(xiàn)象,比如手機放在汽車的前臺上,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時間,同等網(wǎng)絡(luò)情況下,就沒有南方的用戶長了.

５．真的是充電電流越大，充電越快嗎？

"論手機電池的充電時間\"一文中已經(jīng)講了這個問題,對于恒流充電的鎳基電池,可以這么說,而對應(yīng)鋰離子電池,這個是不完全正確的。

對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間.

６．直充標的輸出電流就等于充電電流嗎？

這就要討論手機的充電方式了,對于充電管理在手機里面的,設(shè)定同樣一個直充(實際應(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),這個充電方式,手機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,此時真正的充電電流由手機的充電管理進行調(diào)整,而且肯定要小于600ma,一般在300~400ma.這個時候,大家看到的直充的輸出電流就不是手機的充電電流.比如motorola的許多直充其輸出為5.0v1a,真正對電池充電的也就用到了500ma足矣,因為手機的電池容量也不過580mah.

這時直充上標的輸出電流就不等于實際充電電流。

7.正常使用中應(yīng)該何時開始充電?

因為充放電的次數(shù)是有限的，所以應(yīng)該將鋰電池的電盡可能用光再充電。但是我找到一個關(guān)于鋰離子電池充放電循環(huán)的實驗表，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時的循環(huán)壽命要比100%DOD的要長很多。當然如果折合到實際充電的相對總?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)計第2天不可能堅持整個白天的時候，就應(yīng)該及時開始充電，當然你如果愿意背著充電器到辦公室又當別論。而你需要充電以應(yīng)付預(yù)計即將到來的會導(dǎo)致通訊繁忙的重要事件的時候，即使在電池尚有很多余電時，那么你也只管提前充電，因為你并沒有真正損失“1”次充電循環(huán)壽命，也就是“0.x”次而已，而且往往這個x會很小。

結(jié)論：

1.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。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)計第2天不可能堅持整個白天的時候，就應(yīng)該及時開始充電。

3.一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(tǒng)計，但這不會提高你電池的實際容量。

4.長期不用的電池，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體差異，而不是使用方法。選擇具有良好口碑的手機品牌，無疑是日后電池使用長壽命的保障之一。

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