化學與電機的衝突:談鋰電池的原理與保護,該如何使用鋰電池才對呢?

2023-10-30 12:03

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圖二:鋰電池的充電曲線。資料來源:立錡科技(Richtek)[3]
圖二:鋰電池的充電曲線。資料來源:立錡科技(Richtek)[3]

還記得上回我們談到:當鋰電池開始充電,充電電流就會進入「固定電流(CC:Costant Current)調節模式」,電流注入電池造成電池電壓緩慢上升,最後進入「固定電壓(CV:Costant Voltage)調節模式」,電池慢慢充飽所以充電電流緩慢下降,現在對照這張圖應該就能夠完全理解了吧!

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鋰電池的放電特性

鋰電池的放電曲線如圖三所示,我們以放電率0.2C(黑色)為例,當鋰電池開始放電,電壓就會緩慢下降,大約放電到50%電壓開始保持不變,大約放電到10%電壓快速下降,由於無法提供足夠的工作電壓手機就自動關機了,這個時候手機畫面顯示目前電池剩餘的電量為0%,但是實際上並沒有真的完全放電。

圖三:鋰電池的放電曲線與放電率的關係。資料來源:立錡科技(Richtek)
圖三:鋰電池的放電曲線與放電率的關係。資料來源:立錡科技(Richtek)

由鋰電池的化學反應與材料特性來看,過度放電會傷害電極,過度充電會造成鋰晶枝,這樣都會縮短鋰電池的壽命,理論上鋰電池保持在20%(3.7V)至80%(3.95V)之間使用可以延長壽命,如果電子產品長時間不使用建議充電到80%再保存會比較合適。

由圖三可以看出,放電率愈高(2C綠色),電池容量愈低,因此電池要慢慢放電才能使用更久(細水長流)。理論上「快充快放」都會縮短鋰電池的壽命,雖然有聽過廠商宣傳快充沒影響,不過由鋰電池化學反應的觀點,慢充慢放應該是比較好的選擇。此外,由圖四可以看出溫度愈低,電池容量愈低,因此鋰電池不適合在低溫下工作。

圖四:鋰電池的放電曲線與溫度的關係。資料來源:立錡科技(Richtek)
圖四:鋰電池的放電曲線與溫度的關係。資料來源:立錡科技(Richtek)

鋰電池的循環次數如何計算?

鋰電池的循環次數是指電池經歷「完整充放電」的次數,通常經由實際放電與充電的容量來估計。當「累積的充放電容量等於設計容量時」算循環一次,也就是完整的由100%放電到0%再充電算「循環一次」,大約在500次完整充放電循環後,完全充電時的容量大約會下降10%~20%,差不多就該換電池了!意思是如果由100%放電到50%再充電算「循環半次」,如果由50%放電到0%再充電也算「循環半次」,所以我們也可以這樣理解:鋰電池壽命和電池的總充電電量有關,和充電次數無關。

睡覺時手機放在身旁充電安全嗎?

在了解鋰電池的化學特性之後,我們再回頭來看看平常如何使用電子產品比較恰當,目前常用的三元鋰電池確實有燃燒爆炸的可能,因此鋰電池充電時多少都有一些風險,所以建議鋰電池充電時一定要有人在旁邊比較安全,而且人和電子產品儘量保持一段距離,如果人在旁邊鋰電池故障燃燒可以立刻把電源關閉,如果人不在旁邊就有可能引發火災。

睡覺時手機充電記得人和手機要儘量保持一段距離,如果鋰電池故障燃燒會有聲音和異味,一般人會被驚醒立刻把電源關閉就好了!當然清醒時充電會更安全,如果睡著了不容易叫醒的人不建議睡覺時手機充電,此外,如果負責充電和監控的積體電路故障,也有可能造成電池過度充電而燃燒,因此不要購買來路不明的電子產品或充電器,要確定產品是有認證過的。

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