便攜式電子產(chan) 品以電池作為(wei) 電源。隨著便攜式產(chan) 品的迅猛發展，各種電池的用量大增，並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(guan) 鋰電池的基本知識。這包括它的特性、主要參數、型號的意義(yi) 、應用範圍及使用注意事項等。
　　鋰是一種金屬元素，其化學符號為(wei) Li(其英文名為(wei) 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。它除了應用於(yu) 原子能工業(ye) 外，可製造特種合金、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(liang) 大類：不可充電的及可充電的兩(liang) 類。不可充電的電池稱為(wei) 一次性電池，它隻能將化學能一次性地轉化為(wei) 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(wei) 二次性電池(也稱為(wei) 蓄電池)。它能將電能轉變成化學能儲(chu) 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(chan) 品要求尺寸小、重量輕，但電池的尺寸及重量與(yu) 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。什麽(me) 是比能量呢?比能量指的是單位重量或單位體(ti) 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(ti) 積單位)。這裏舉(ju) 一個(ge) 例來說明：5號鎳鎘電池的額定電壓為(wei) 12V，其容量為(wei) 800mAh，則其能量為(wei) 096Wh(12V×08Ah)。同樣尺寸的5號鋰－二氧化錳電池的額定電壓為(wei) 3V，其容量為(wei) 1200mAh，則其能量為(wei) 36Wh。這兩(liang) 種電池的體(ti) 積是相同的，則鋰－二氧化錳電池的比能量是鎳鎘電池的375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(wei) 3V，而兩(liang) 節鎳鎘電池才24V。所以采用鋰電池時電池數量少(使便攜式電子產(chan) 品體(ti) 積減小、重量減輕)，並且電池的工作壽命長。
　　另外，鋰電池具有放電電壓穩定、工作溫度範圍寬、自放電率低、儲(chu) 存壽命長、無記憶效應及無公害等優(you) 點。
　　鋰電池的缺點是價(jia) 格昂貴，所以目前尚不能普遍應用，主要應用於(yu) 掌上計算機、PDA、通信設備、照相機、衛星、導彈、魚雷、儀(yi) 器等。隨著技術的發展、工藝的改進及生產(chan) 量的增加，鋰電池的價(jia) 格將會(hui) 不斷地下降，應用上也會(hui) 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(ya) 硫酰氯電池及鋰和其它化合物電池。本文僅(jin) 介紹前兩(liang) 種最常用的。
　　1鋰－二氧化錳電池(LiMnO2)
　　鋰－二氧化錳電池是一種以鋰為(wei) 陽極、以二氧化錳為(wei) 陰極，並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(wei) 3V(是一般堿性電池的2倍)；終止放電電壓為(wei) 2V；比能量大(見上麵舉(ju) 的例子)；放電電壓穩定可靠；有較好的儲(chu) 存性能(儲(chu) 存時間3年以上)、自放電率低(年自放電率≤2％)；工作溫度範圍－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。這裏列舉(ju) 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(wei) 圓柱形鋰－二氧化錳電池；五位數字中，前兩(liang) 位表示電池的直徑,後三位表示帶一位小數的高度。例如，CR14505，其直徑為(wei) 14mm，高度為(wei) 505mm(這種型號是通用的)。
　　這裏要指出的是不同工廠生產(chan) 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於(yu) 標準放電電流，並且連續放電及脈衝(chong) 放電的允許放電電流也不同，由電池廠提供有關(guan) 數據。例如，力興(xing) 電源公司生產(chan) 的CR14505給出最大連續放電電流為(wei) 1000mA，最大脈衝(chong) 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。這裏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(wei) 125～245mm，高度為(wei) 16～50mm。幾種較常用的扣式電池如表3所示。
　　表3中的型號CR為(wei) 圓柱形鋰－二氧化錳電池，後四位數字中前兩(liang) 位為(wei) 電池的直徑尺寸，後兩(liang) 位為(wei) 帶小數點的高度尺寸。例如，CR1220的直徑為(wei) 125mm(不包括小數點後的數)，其高度為(wei) 20mm。這種型號表示方法是國際通用的。
　　這種扣式電池常用於(yu) 時鍾、計算器、電子記事本、照相機、助聽器、電子遊戲機、IC卡、備用電源等。
　　2鋰－亞(ya) 硫酰氯電池(LiSOCl2)
　　鋰－亞(ya) 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36V，以中等電流放電時具有極其平坦的34V放電特性(可在90％容量範圍內(nei) 平坦地放電，保持不大的變化)。電池可以在－40℃～＋85℃範圍內(nei) 工作，但在－40℃時的容量約為(wei) 常溫容量的50％。自放電率低(年自放電率≤1％)、儲(chu) 存壽命長達10年以上。
　　常見的1＃、2＃及5＃圓柱形鋰－亞(ya) 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(yu) 1＃鋰－亞(ya) 硫酰氯電池的比能量作一個(ge) 比較：1＃鎳鎘電池的額定電壓為(wei) 12V，容量為(wei) 5000mAh；1＃鋰－亞(ya) 硫酰氯的額定電壓為(wei) 36V，容量為(wei) 10000mAh，則後者的比能量比前者大6倍!
應用注意事項
　　上述兩(liang) 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(cong) 電子產(chan) 品中及時取出；用完的電池不可擠壓、焚燒及拆卸；不可超過規定溫度範圍使用。
　　由於(yu) 鋰電池的電壓高於(yu) 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(mai) 新電池時，一定要按原來的型號來買(mai) ，否則會(hui) 影響電子產(chan) 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。這裏僅(jin) 介紹前兩(liang) 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(wei) “嬌氣”，在使用中不可過充、過放(會(hui) 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(nei) ，目前各大半導體(ti) 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(wei) 陽極、釩氧化物為(wei) 陰極、無機鹽的有機溶劑為(wei) 電解質組成。它的特點是可以充電。以2號電池為(wei) 例，將鋰-釩氧化物電池與(yu) 鋰-二氧化錳電池及鋰-亞(ya) 硫酰氯電池相比較如表5所示。
由表5可知，由於(yu) 鋰-釩氧化物電池的額定電壓僅(jin) 為(wei) 2.8V，而且額定容量也小，故與(yu) 其它兩(liang) 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(cong) 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(wei) 廣泛的鋰電池，它根據不同的電子產(chan) 品的要求可以做成扁平長方形、圓柱形、長方形及扣式，並且有由幾個(ge) 電池串聯在一起組成的電池組。
    鋰離子電池的額定電壓為(wei) 3.6V(有的產(chan) 品為(wei) 3.7V)。充滿電時的終止充電電壓與(yu) 電池陽極材料有關(guan) ：陽極材料為(wei) 石墨的4.2V；陽極材料為(wei) 焦炭的4.1V。不同陽極材料的內(nei) 阻也不同，焦炭陽極的內(nei) 阻略大，其放電曲線也略有差別，如圖1所示。一般稱為(wei) 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(wei) 2.5V～2.75V(電池廠給出工作電壓範圍或給出終止放電電壓，各參數略有不同)。低於(yu) 終止放電電壓繼續放電稱為(wei) 過放，過放對電池會(hui) 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(hui) 降低放電時間(內(nei) 部會(hui) 產(chan) 生較高的溫度而損耗能量)。因此電池生產(chan) 工廠給出最大放電電流，在使用中應小於(yu) 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範圍、放電溫度範圍及保存溫度範圍。
    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(wei) 額定值的±1%(例如，充4.2V的鋰離子電池，其允差為(wei) ±0.042V)，過壓充電會(hui) 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(chan) 廠的建議，並要求有限流電路以免發生過流(過熱)。一般常用的充電率為(wei) 0.25C～1C（C是電池的容量，如C=800mAh，1C充電率即充電電流為(wei) 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(chan) 生爆炸。
　　鋰離子電池充電分為(wei) 兩(liang) 個(ge) 階段：先恒流充電，到接近終止電壓時改為(wei) 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(wei) 4.2V。電池以800mA(充電率為(wei) 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(wei) 1/10C(約80mA)時，認為(wei) 接近充滿，可以終止充電(有的充電器到1/10C後啟動定時器，過一定時間後結束充電)。
　　各種鋰離子電池的性能如表7所示。
　　表7(a)型號中的6位數字，前兩(liang) 位為(wei) 高度尺寸，中間兩(liang) 位為(wei) 寬度尺寸，後兩(liang) 位為(wei) 長度尺寸(mm)。例如LIS063048，其高為(wei) 6.7mm，寬為(wei) 29.9mm，長度為(wei) 48mm。
　　表7(b)型號的四位數字中，前兩(liang) 位為(wei) 直徑，後兩(liang) 位為(wei) 帶一位小數點的高度尺寸。例如LIR2025，它的直徑為(wei) 20mm，高度為(wei) 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(hui) 造成電池的損壞或降低使用壽命。為(wei) 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. 正溫度係數聚合物保護元件
　　Tyco公司最近推出了VLR230(5×12mm)及VLR170(3.6×10mm)自複式條狀保護元件，它專(zhuan) 門用於(yu) 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(wei) 0.015Ω)，一旦超過閾值電流或閾值溫度，電阻會(hui) 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(chan) 生大量的熱使電池溫度升高，由於(yu) 保護元件的高阻抗而得到保護。當故障排除或斷開電路時，它有自複作用(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(liang) 元件耐壓均為(wei) 12V。
    2. 鋰離子保護器IC
　　Texas公司最近開發出內(nei) 部集成了MOSFET開關(guan) 的鋰離子電池保護器IC，其尺寸僅(jin) 為(wei) 4.55×3.44×0.88mm(型號為(wei) VCC3952A)，它適用於(yu) 4mm厚的手機鋰離子電池作保護用。它外部僅(jin) 需要一個(ge) 0.1μF的表麵貼裝式電容。器件工作電流5μA，可通過3A電流，有4.2V～4.35V四個(ge) 標準過壓電壓。它還可用於(yu) 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(guan) 電路，這裏不再介紹。
　　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(ge) 鋰離子電池保護電路及一個(ge) 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(ge) 正負10位溫度傳(chuan) 感器及EEPROM等。它采用單線與(yu) 主係統通信來控製電池的充、放電，全麵地保護鋰離子電池。
應用注意事項
　　鋰離子電池應用注意事項除與(yu) 上述不可充電的鋰電池相同外，在充電方麵還應注意以下幾點：
    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(hui) 有過充的危險(4.1V與(yu) 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(chan) 品特性表中所列的溫度範圍。
    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。
    在放電方麵應注意以下幾點：
    1. 鋰離子電池放電電流不能超過產(chan) 品特性表中給出最大放電電流。放電電流較大時，會(hui) 產(chan) 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(hui) 產(chan) 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(cong) 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。
在貯存方麵：
      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、幹燥壞境中。
      3. 要遠離熱源，也不要置於(yu) 陽光直射的地方。
　　鋰離子電池不適合用作大電流放電，過大電流放電時會(hui) 降低放電時間(內(nei) 部會(hui) 產(chan) 生較高的溫度而損耗能量)。因此電池生產(chan) 工廠給出最大放電電流，在使用中應小於(yu) 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範圍、放電溫度範圍及保存溫度範圍。
　　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(wei) 額定值的±1%(例如，充4.2V的鋰離子電池，其允差為(wei) ±0.042V)，過壓充電會(hui) 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(chan) 廠的建議，並要求有限流電路以免發生過流(過熱)。一般常用的充電率為(wei) 0.25C～1C（C是電池的容量，如C=800mAh，1C充電率即充電電流為(wei) 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(chan) 生爆炸。
　　鋰離子電池充電分為(wei) 兩(liang) 個(ge) 階段：先恒流充電，到接近終止電壓時改為(wei) 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(wei) 4.2V。電池以800mA (充電率為(wei) 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(wei) 1/10C(約80mA)時，認為(wei) 接近充滿，可以終止充電(有的充電器到1/10C後啟動定時器，過一定時間後結束充電)。
　　各種鋰離子電池的性能如表7所示。
　　表7(a)型號中的6位數字，前兩(liang) 位為(wei) 高度尺寸，中間兩(liang) 位為(wei) 寬度尺寸，後兩(liang) 位為(wei) 長度尺寸(mm)。例如LIS063048，其高為(wei) 6.7mm，寬為(wei) 29.9mm，長度為(wei) 48mm。
　　表7(b)型號的四位數字中，前兩(liang) 位為(wei) 直徑，後兩(liang) 位為(wei) 帶一位小數點的高度尺寸。例如LIR2025，它的直徑為(wei) 20mm，高度尺寸。例如LIR2025，它的直徑為(wei) 20mm，高度為(wei) 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(hui) 造成電池的損壞或降低使用壽命。為(wei) 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. 正溫度係數聚合物保護元件
　　Tyco公司最近推出了VLR230(5×12mm)及VLR170(3.6×10mm)自複式條狀保護元件，它專(zhuan) 門用於(yu) 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(wei) 0.015Ω)，一旦超過閾值電流或閾值溫度，電阻會(hui) 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(chan) 生大量的熱使電池溫度升高，由於(yu) 保護元件的高阻抗而得到保護。當故障排除或斷開電路時，它有自複作用(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(liang) 元件耐壓均為(wei) 12V。
    2. 鋰離子保護器IC
　　Texas公司最近開發出內(nei) 部集成了MOSFET開關(guan) 的鋰離子電池保護器IC，其尺寸僅(jin) 為(wei) 4.55×3.44×0.88mm(型號為(wei) VCC3952A)，它適用於(yu) 4mm厚的手機鋰離子電池作保護用。它外部僅(jin) 需要一個(ge) 0.1μF的表麵貼裝式電容。器件工作電流5μA，可通過3A電流，有4.2V～4.35V四個(ge) 標準過壓電壓。它還可用於(yu) 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(guan) 電路，這裏不再介紹。
　　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(ge) 鋰離子電池保護電路及一個(ge) 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(ge) 正負10位溫度傳(chuan) 感器及EEPROM等。它采用單線與(yu) 主係統通信來控製電池的充、放電，全麵地保護鋰離子電池。有興(xing) 趣的讀者可從(cong) 網上查閱該監控器的有關(guan) 內(nei) 容(網址：https://www.dalsemi.com)。
    應用注意事項
　　鋰離子電池應用注意事項除與(yu) 上述不可充電的鋰電池相同外，在充電方麵還應注意以下幾點：
    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(hui) 有過充的危險(4.1V與(yu) 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(chan) 品特性表中所列的溫度範圍。
    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。
在放電方麵應注意以下幾點：
    1. 鋰離子電池放電電流不能超過產(chan) 品特性表中給出最大放電電流。放電電流較大時，會(hui) 產(chan) 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(hui) 產(chan) 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(cong) 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。
　　在貯存方麵：
    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、幹燥壞境中。
    3. 要遠離熱源，也不要置於(yu) 陽光直射的地方。