【技术】 一文看懂各类电池的记忆效应及记忆效应对电池性能的影响
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电池记忆效应(Battery memory effect)是指如果电池属镍镉电池，长期不彻底充电、放电，易在电池内留下痕迹，降低电池容量的现象。电池好像记忆用户日常的充、放电幅度和模式，日久就很难改变这种模式，不能再做大幅度充电或放电。锂离子电池不存在这种效应。 导致记忆效应的原因 由于传统工艺中负极为烧结式，镉晶粒较粗，如果镍镉电池在它们被完全放电之前就重新充电，镉晶粒容易聚集成块而使电池放电时形成次级放电平台。 电池会储存这一放电平台并在下次循环中将其作为放电的终点，尽管电池本身的容量可以使电池放电到更低的平台上。在以后的放电过程中电池将只记得这一低容量。同样在每一次使用中，任何一次不完全的放电都将加深这一效应，使电池的容量变得更低。 认识记忆效应 电池记忆效应是指电池的可逆失效，即电池失效后可重新回复的性能。电池长时间经受特定的工作循环后，自动保持这一特定的倾向。这个最早定义在镍镉电池，镍镉的袋式电池不存在记忆效应，烧结式电池有记忆效应。意思是说，电池好像记忆用户日常的充、放电幅度和模式，日久就很难改变这种模式，不能再做大幅度充电或放电。而现在的镍金属氢(俗称镍氢)电池不受这个记忆效应定义的约束，但有惰性，前几次要激活才行，一般可以充放电300-500次，过后就会发现持续时间越来越短，短得你想换手机。用旧的电池包好放在冰箱里几天然后再用会有所提高性能。 由于传统工艺中负极为烧结式，镉晶粒较粗，如果镍镉电池在它们被完全放电之前就重新充电，镉晶粒容易聚集成块而使电池放电时形成次级放电平台。要消除这种效应，有两种方法，一是采用小电流深度放电(如用 0.1C 放至 0V)一是采用大电流充放电(如 1C)几次。 在实际应用中，消除记忆效应的方法有严格的规范和一个操作流程。操作不当会适得其反。对于镍镉电池，正常的维护是定期深放电：平均每使用一个月(或30次循环)进行一次深放电(放电到1.0V/每节，即exercise)，平常使用是尽量用光电池或用到关机等手段可以缓解记忆效应的形成，但这个不是exercise，因为仪器(如手机)是不会用到1.0V/每节才关机的，必须要专门的设备或线路来完成这项工作，幸好许多镍氢电池的充电器都带有这个功能。电池会储存这一放电平台并在下次循环中将其作为放电的终点，尽管电池本身的容量可以使电池放电到更低的平台上。在以后的放电过程中电池将只记得这一低容量。同样在每一次使用中，任何一次不完全的放电都将加深这一效应，使电池的容量变得更低。 锂离子电池 锂离子电池的正极材料通常有锂的活性化合物组成，负极则是特殊分子结构的碳。常见的正极材料主要成分为 LiCoO2，充电时，加在电池两极的电势迫使正极的化合物释出锂离子，嵌入负极分子排列呈片层结构的碳中。放电时，锂离子则从片层结构的碳中析出，重新和正极的化合物结合。锂离子的移动产生了电流，化学反应原理虽然很简单，然而在实际的工业生产中，需要考虑的实际问题还是很多：正极的材料需要添加剂来保持多次充放的活性，负极的材料需要在分子结构级去设计以容纳更多的锂离子;填充在正负极之间的电解液，除了保持稳定，还需要具有良好导电性，减小电池内阻。 锂离子电池一般都带有管理芯片和充电控制芯片。其中管理芯片中有一系列的寄存器，存有容量、温度、ID、充电状态、放电次数等数值。这些数值在使用中会逐渐变化。使用说明中的“使用一个月左右应该全充放一次”的做法主要的作用应该就是修正这些寄存器里不当的值，使得电池的充电控制和标称容量吻合电池的实际情况。充电控制芯片主要控制电池的充电过程。锂离子电池的充电过程分为两个阶段，恒流快充阶段(电池指示灯呈黄色时)和恒压电流递减阶段(电池指示灯呈绿色闪烁)。 恒流快充阶段，电池电压逐步升高到电池的标准电压，随后在控制芯片下转入恒压阶段，电压不再升高以确保不会过充，电流则随着电池电量的上升逐步减弱到零，而最终完成充电。电量统计芯片通过记录放电曲线(电压，电流，时间)可以抽样计算出电池的电量，这就是我们在 Battery InformaTIon里读到的wh值。而锂离子电池在多次使用后，放电曲线是会改变的，如果芯片一直没有机会再次读出完整的一个放电曲线，其计算出来的电量也就是不准确的。所以我们需要深充放来校准电池的芯片。 关于锂离子电池的一些争议 1.新电池需要重复几次完全充电放电来激活吗? 因为锂离子电池不存在记忆效应，所以锂离子电池的使用不需要激活。确实有一些充电电池需要类似的“激活”工作。这就是较早的镍镉充电电池和镍氢充电电池。这些电池会产生一种被称为“记忆效应”的现象，在不完全放电的状态下充电，容易使电池过度充电，时间长了会导致电极板上增生晶体，阻塞电解液与电极板的接触，造成电池的电压下降，让使用者产生电池很快就用完了的感觉。因此对于这两种电池来说，定期(而不是每次)对电池完全放电后再充电可以减轻上述原因引起的电压下降现象。不过，现在我们手机和笔记本电脑上所使用的电池，大都是锂离子电池(Li-ionBattery)。锂离子电池虽然身材小却可以储存大能量，因此使用的越来越广泛。锂离子电池在开始使用时不需要通过深度充放电来进行激活，因为电池的初始化及测试过程已经在制造电池的时候完成了。锂离子电池也没有所谓的“记忆效应”的，可以随时充电。建议定期对锂离子电池进行一次完全充放电的说法，仅仅是为了校准笔记本电脑和一些高端智能手机上的电量检测装置，并不是因为对电池本身有什么好处。对于普通的手机、数码相机这些分段显示电池大概电量的设备，是完全不需要定期完全充放电的。 2.过度充电是否会引起电池爆炸? 锂离子电池的能量密度大，电压较高(单独锂离子电池单元产生的电压可达到4.2V，而普通的镍基充电电池为1.2V)，和低电压类电池相比，锂离子电池充电时电极的氧化还原反应十分剧烈，因此锂离子电池的使用条件必须受到严格限制，过度充电、过度放电、短路、高温等都会引起电池损坏，甚至发生起火和爆炸。但是，实际使用中的锂离子电池是把若干个电芯连同一套安全保护电路以及多种安全装置一起封装成一块电池板。这些安全设计可以保证在过度充电、过度放电和短路时自动切断电池的电路;电池内部压力过高还会触发排气装置减压;电池温度过高则会触发热熔保护装置，阻滞锂离子的运动从而停止电池的电化学反应。因此，只要不用质量不靠谱的山寨电池，手机充满电没有及时拔掉电源不会引起电池爆炸。 3.减少充电次数，可以延长电池寿命吗? |
