关于锂离子电池你需要知道的

除非托尼·斯塔克(TonyStark)介入并发明电弧反应堆，或者太阳能卫星(SPS)无线能量传输的研究获得通过，否则我们人类必须依赖电池为便携式或远程电子设备供电。消费电子产品中最常见的充电电池是锂离子或锂聚合物类型。在这篇文章中，我们的兴趣将是锂离子电池，因为它们往往比所有其他类型的电池更有用。无论是一个小型的电源组，还是一台笔记本电脑，或者是像特斯拉新的Model3一样大的东西，一切都是由锂离子电池供电的。

这些电池有何特别之处？在你的项目/设计中使用它之前，你应该知道些什么？您将如何安全地给这些电池充电或放电？如果你很想知道所有这些问题的答案，那么你就找到了正确的文章，坐下来通读一遍，我会尽量让这篇文章有趣。

锂离子电池的历史

锂离子电池的想法最初是由G.NLewis在1912年提出的，但直到20世纪70年代才变得可行，并且第一个不可充电锂电池被投入商业市场。20世纪80年代后期，工程师们试图制造第一个使用锂作为阳极材料的可充电电池，并取得了部分成功。他们没有注意到这些类型的锂电池在充电过程中是不稳定的，这会在电池内部产生短路，从而提高温度并导致热失控。

1991年，日本一个用于手机的锂电池在一名男子的脸上爆炸。只有在这件事之后，人们才意识到处理锂离子电池应该非常小心。由于安全问题，进入市场的大量此类电池随后被制造商召回。后来经过大量研究，索尼推出了先进的锂离子电池，这种电池采用了一种新的化学成分，一直沿用至今。让我们在这里结束历史课，看看锂离子电池的化学性质。

锂离子电池化学和工作原理

顾名思义，锂离子电池使用锂离子来完成工作。锂是一种具有高能量密度的非常轻的金属，这种特性使得电池重量轻，并且以小的形状因子提供高电流。能量密度是单位体积的电池所能储存的能量，能量密度越高，电池就越小。尽管锂金属具有压倒性的特性，但它不能直接用作电池的电极，因为锂因其金属性质而非常不稳定。因此，我们使用或多或少具有锂金属相同性质的锂离子，但它是非金属的，使用起来相对更安全。

通常锂电池的阳极由碳制成，而电池的阴极由氧化钴或其他金属氧化物制成。用于连接这两个电极的电解质将是包含锂离子的简单盐溶液。当放电时，带正电的锂离子向阴极移动并轰击它，直到它带正电。既然阴极带正电，它就会吸引带负电的电子。这些电子流经我们的电路，从而为电路供电。

同样，充电时，情况正好相反。电荷中的电子流入电池，因此锂离子向阳极移动，使阴极失去正电荷。

锂离子电池简介

关于锂离子电池的理论已经讲得够多了，现在让我们实际了解一下这些电池，这样我们就可以放心地在我们的项目中使用它们。最常用的锂离子电池是18650电芯，所以在本文中也会讨论差不多。典型的18650细胞如下图所示

Lithium-IonBatteries

像所有电池一样，锂离子电池也有电压和容量额定值。所有锂电池的额定电压为3.6V所以你需要更高的电压规格，你必须把两个或更多的电池串联起来才能达到。默认情况下，所有锂离子电池的标称电压只有约3.6V。当完全放电时，该电压可降至3.2V，而当完全充电时，该电压可高达4.2V。请始终记住，将电池放电至3.2V以下或充电至4.2V以上都会对电池造成永久性损坏，而且还可能会引发爆炸。让我们分解一下18650电池中涉及的术语，以便更好地理解。请记住，这些解释仅适用于单个18650电池，我们稍后将更多地了解锂离子电池组，其中多个电池串联或并联以获得更高的电压和电流额定值。

TP4056AModule

标称电压:标称电压是18650电池的实际额定电压。默认情况下，它是3.6V，所有18650电池将保持不变，尽管其制造商。

完全放电电压:绝不允许18650电池在低于3.2V的电压下放电，否则会改变电池的内阻，从而永久损坏电池，还可能导致爆炸

完全充电电压:锂离子电池的充电电压为4.2V。应注意电池电压在任何给定时间都不会增加到4.2V。

毫安时额定值:电池的容量通常以mAh(毫安时)额定值给出。该值会因您购买的电池类型而异。例如，假设我们的电池为2000毫安时，也就是2Ah(安培/小时)。这意味着，如果我们从这个电池中取出2A，它将持续1小时，同样，如果我们从这个电池中取出1A，它将持续2小时。因此，如果你想知道电池能为你的项目供电多长时间(运行时间),那么你必须用毫安时来计算。

RunTime(inhours)=Currentdrawn/mAhRating

其中，汲取的电流应在C额定值范围内。

c级:如果你想知道你能从电池中获得的最大电流是多少，那么你的答案可以从电池的C等级中得到。对于每个电池，电池的C额定值再次改变，让我们假设我们的电池是具有3C额定值的2Ah电池。3C值意味着电池可以输出3倍于额定电流的最大电流。在这种情况下，它可以提供高达6A(3*2=6)的最大电流。正常情况下，18650电池只有1C等级。

Maximumcurrentdrawnfrombattery=CRating*AhRating

充电电流:电池的另一个重要规格是充电电流。仅仅因为一个电池可以提供6A的最大电流并不意味着它可以用6A充电。电池的最大充电电流将在电池的数据表中提及，因为它因电池而异。通常它是0.5C，意味着Ah等级值的一半。对于2Ah额定电池，充电电流将为1A(0.5*2=1)。

充电时间:单个18650电池充电所需的最短充电时间可以通过使用充电电流值和电池的Ah额定值来计算。例如，假设充电器仅使用CC方法对电池充电，用1A充电电流充电的2Ah电池将需要大约2小时来充电。

内部电阻(IR):通过测量电池的内阻，可以预测电池的健康状况和容量。这只不过是电池的阳极(正极)和阴极(负极)之间的电阻值。电池的IR典型值将在数据手册中提及。它偏离实际值越多，电池的效率就越低。18650电池的IR值将在毫欧范围内，并且有专用仪器来测量IR值。

充电方法:有许多方法可以用来给锂离子电池充电。但最常用的是三步拓扑。这三个步骤是CC，CV和涓流充电。在…里恒定电流模式通过改变输入电压以恒定的充电电流对电池充电。这种模式将一直有效，直到电池充电到一定程度，然后恒定电压模式开始时，充电电压通常保持在4.2V。最后一种模式是脉冲充电或涓流充电，小脉冲电流通过电池，以提高电池的寿命周期。还有更复杂的充电器，包括7步充电。我们不会深入这个话题，因为它已经超出了本文的范围。但是如果你有兴趣知道评论区的内容，我会写一篇关于锂离子电池充电的文章。

充电状态(SOC)%:荷电状态无非就是电池的容量，类似于我们手机里显示的。电池的容量不能简单地用其电压值来计算，通常使用电流积分来确定电池容量随时间的变化。

放电深度(DOD)%:国防部给出了电池可以放电的距离。没有电池会100%放电，因为我们知道这会损坏电池。正常情况下，所有电池的放电深度为80%。

单元格尺寸:18650电池的另一个独特而有趣的特征是它的尺寸。每个单元格的直径为18毫米，高度为650毫米，因此该单元格被命名为18650。

如果你想要更多的术语定义，那么看看麻省理工学院电池术语文档，在这里您一定可以找到更多与电池相关的技术参数。

使用18650电池的最简单方法

如果你是一个完全的新手，刚刚开始使用18650电池为你的项目供电，那么最简单的方法就是使用现成的模块，它可以安全地为你的18650电池充电和放电。只有TP4056模块可以处理单个18650电池。

如果您的项目需要3.6V以上的输入电压，那么您可能希望将两个18650电池串联起来，以获得7.4V的电压。在这种情况下，使用2S3A锂离子电池模块等模块应该有助于电池的安全充电和放电。

要组合两个或多个18650电池，我们不能使用传统的焊接技术来连接两者，而是使用一种称为点焊已使用。此外，在串联或并联组合18650个电池时，应更加小心，这将在下一段中讨论。

锂离子电池组(串联和并联电池)

要为小型便携式电子设备或小型设备供电，一个18650电池或最多一对串联电池就可以了。在这种类型的应用中，复杂性较低，因为涉及的电池数量较少。但对于更大的应用，如电动自行车/轻便摩托车或特斯拉汽车，我们将需要以串联和并联的方式连接许多这样的电池，以获得所需的输出电压和容量。例如，特斯拉汽车包含6800多个锂电池，每个额定电压为3.7V和3.1Ah。下图显示了它在汽车底盘内的排列方式。

Lithiumionbatterysetupinchassisofcar

由于需要监控如此多的电池，我们需要一个专用电路来安全地对这些电池进行充电、监控和放电。这个专用系统称为电池监控系统(BMS)。BMS的工作是监控每个锂离子电池的单个电池电压，并检查其温度。除此之外，一些BMS还监控系统的充电和放电电流。

当组合两个以上的电池形成电池组时，应注意它们具有相同的化学性质、电压、额定电流和内阻。此外，在给电池充电时，电池管理系统确保它们均匀地充电和放电，以便在任何给定时间，所有电池都保持相同的电压，这被称为电池平衡。除此之外，设计者还必须担心这些电池在充电和放电时的冷却问题，因为它们在高温下反应不佳。

希望这篇文章为您提供了足够的细节，让您对锂离子电池有点信心。如果你有任何具体的疑问，请在评论区留下，我会尽力回复。直到那时快乐的修补。