鋰離子電池按形狀分，有兩種：方形和圓柱形。

手機里的是方形的，筆記本里的一般是圓柱形的。。。

什么？筆記本電池是圓柱形的，沒錯，請看：

上周末我跟我?guī)煹馨阉墓P記本電池拆了，暴力拆的。。。他說這個電池用不到15分鐘了已經(jīng)。。。
很清楚的看到，六芯電池，三串兩并，每節(jié)電池標稱容量2200mAh。
串聯(lián)可以增加電壓，并聯(lián)增加容量。
所以三串兩并電壓就是3.7×3=11.1V，容量就是2200mAh×2=4400mAh

這是拆開的電芯，松下CGR18650CG型。
18650是這種電池的標號，意思是18m粗，65mm長。

2011-5-10 20:19 上傳

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看到電池上有噴碼B，位置不同，極有可能是電池分選后噴上的。
B級電芯在容量、內阻一致性方面比A級電芯差，而一致性較差的電芯，組成電池組時，問題比較多。尤其是當某一兩節(jié)電池容量C下降或內阻升高后，有可能會出現(xiàn)過放過充現(xiàn)像，加重電池老化，造成整個電池包可用容量的降低。具體可以看參考文獻【1】

我判斷這幾個電池肯定出現(xiàn)了很明顯的不一致現(xiàn)象。

我們實驗室有充放電儀和電化學工作站，可以測定電池的充放電特性和阻抗特性。

2011-5-10 20:23 上傳

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先說這些電池的放電特性，看圖：

2011-5-10 20:24 上傳

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設定3.0V為放電終點，可以看到只有三節(jié)電池的放電容量C超過了1500，有兩節(jié)甚至只有1000，已經(jīng)遠遠低于標稱2200mAh了。

這個實驗是在常溫下做的，大約20攝氏度，放電電流為200mA。

可用容量C其實跟放電電流和溫度有一定關系！
下圖是三洋大紅袍的官方手冊中給出的曲線，一般說來，放電電流越大、溫度越低，能放出來的容量就越少。
前者是因為內阻影響，這個后述；溫度影響了電池內反應的速度和程度，使得電池反應放電減少，這個比較好理解。

2011-5-10 20:32 上傳

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在寒冷地區(qū)，比如我所在的哈爾濱，冬季室外零下20度很正常，大家普遍有感覺，即室外使用相機很快就沒電了，就是這個原因。
另外，長時間低溫下放電，對電池壽命會有一定的影響。

說到內阻，玩手電的同學肯定都懂：一定要選內阻小的電池。。。
其實廠家在設計電池時，有兩種方案：一種是大容量型，這種電池內阻較大（60-80毫歐），容量一般在2000mAh以上，甚至接近3000mAh，市場上有超過3000的，不要買，都假的，能放出來2000就算你運氣好；另一種是高倍率型，這種電池可以大電流放電，內阻很小，20毫歐以內。CREE手電放電電流能達到1A，你會發(fā)現(xiàn)用大容量電池可能不那么亮，但是放電時間長，用高倍率電池很亮，但是時間短。。。
這兩者猶如魚與熊掌，不可兼得。

中學里我們學到，電池的實際模型應該如下圖，即一個電壓源串聯(lián)一個內阻Re。

2011-5-10 20:41 上傳

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那個E就是開路電壓，電池放電時，輸出電壓U=E-I×Re，電池充電時，U=E+Re×I。
我們只討論放電情況。
如果這個內阻很大，那么在大電流放電時，電池的壓降就會非常明顯，一旦輸出電壓U低于保護電壓，電池就會停止放電，此時放出的電量是小于電池可用電量C的，這種情況很不好解決，大多數(shù)電池壽命終結都是因為內阻過大導致的。

而這個內阻，跟soc和循環(huán)次數(shù)N都有直接關系，一般認為，soc越大，內阻越小，N越大，內阻越大。
所以有學者試圖通過研究電池的內阻特性來預測和判斷電池的壽命健康狀態(tài)。

實際上，電池的內阻成分比較復雜，不能用一個電阻就表示，相關研究大家可以看參考文獻【2】。

下圖為Randles等效電路模型，這是一種最簡單的電池阻抗模型。

2011-5-10 20:48 上傳

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其中有多個電阻和一個電容，分別代表了電池電極過程中的溶液內阻、傳荷、雙電層和擴散現(xiàn)象，這些等效元件的值跟電池soc和壽命都有關系。

因為有個電容，所以這個電路的阻抗值就是個復數(shù)，而且跟工作電流的頻率有一定關系，不同頻率下電池等效電路的響應，稱為阻抗譜，從阻抗譜中可以解算出等效元件的參數(shù)，來表征電池壽命情況。

于是我用電化學工作站對那六個電芯進行了測試，阻抗譜如圖：

2011-5-10 20:52 上傳

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圖形越偏向左下角，阻抗越小。
結合前面那個放電容量的曲線，可以很清楚的看到，容量越低的電池，阻抗越大，而且這個趨勢非常明顯，區(qū)分度非常高。

美國航空航天局（NASA）阿姆斯（Ames）實驗室的Goebel教授正是利用了這一特性，結合粒子濾波技術，對電池壽命預測進行了研究，取得了一定成果，詳見參考文獻【3】

總結一下，電池單次放電的soc情況和電池的壽命soh是兩個不同的概念。
單次放電過程中，隨著soc的下降，電池電壓U越來越低，內阻越來越大，這個過程是可逆的，充電即可恢復。
在電池整個壽命周期內，隨著循環(huán)次數(shù)N的增加，電池的可用容量越來越少，soh的值越來越小，內阻越來越大，這個過程不可逆。
再說充電，鋰電池推薦的充電制度為先恒流在恒壓。
恒流階段，電池電壓隨充入的電量而增加，一直到4.2V保護電壓為止，轉入恒壓充電模式。
恒壓充電階段，電壓恒定在4.2V，電流越來越小，到設定的截止電流為止，一般設定為0.02C，1800mAh的電池就是36mA。
三洋大紅袍的充電曲線如圖所示：




看電池等效模型，由于內阻的存在，充電是電池電壓U=E+Re×I，當電流較大或者內阻較大時，實際充入電池的電量，并不是充入電流隨時間的積分值。當U=4.2V限制電壓時，實際并未充滿，也就是80%左右，而且充電電流越大，充的越少。
這就是為什么用直沖充電，感覺不如用電腦usb充電來的實在，因為前者的電流較大。

到此，介紹了一些鋰電池相關的知識，說的不系統(tǒng)，也比較亂，希望大家能多多向我提問，討論起來對我也是個促進學習的過程。。。
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簡單介紹下鋰電池充電的知識

網(wǎng)上各種充放電指南，大多數(shù)不靠譜，前些日子在cnBeta上看到個非?？孔V的，找不到了，我用自己的話講一講吧。

1，只要用，電池就會老化，就會壞，只是個時間問題，通過1樓中循環(huán)次數(shù)的定義就可以知道。
2，千萬不要過充電，過充是引起爆炸起火的一個主要原因，這個下一樓單獨敘述。
3，不要過放電，對電池壽命損傷很大。
4，一般設備里，都有保護芯片，不會出現(xiàn)過充過放的現(xiàn)象，所以2、3兩條您可以忽略。前些日子實驗室里不小心把一節(jié)鋰電池放電到了2.3V，充好了接著用，問題還沒發(fā)現(xiàn)。
5，最好用直充，盡量避免用座充，尤其是山寨國產(chǎn)座充，可能會有過充現(xiàn)象。
6，電池最佳循環(huán)方案是：盡量淺的充放電深度，換句話說就是“少食多次”。
7，盡量不要再過高或者過低的溫度下使用電池。18650型鋰電手冊推薦的放電溫度為-20～60攝氏度。
8，筆記本電池中有很成熟的管理芯片，不會有過分循環(huán)問題，所以沒事就插在電腦上吧，電腦都用壞了還留這個新電池，您怎么想的？  另，筆記本電池本來就是個后備電源，突然停電什么的，要是把電腦閃壞了，哪兒頭合適呢？
9，鋰電池是個消耗品，壞了就換，但是不要亂扔，里面有貴重金屬，可以回收。
10，根本不存在前三次激活的問題，但是據(jù)我實驗發(fā)現(xiàn)，新電池化成之后，循環(huán)個三四次之后，可以達到最大容量，標稱1800mAh的力神電池，第4次循環(huán)之后，普遍超過這個值，有的甚至達到了1900mAh。
11，您想，誰最想您的電池壞掉然后換新的？沒錯，電池生產(chǎn)商，所以我懷疑那些謠言都是他們散出來的，不是他們不了解電池，而是他們太了解電池。。。

12，還沒想出來，您問吧。。。


好久不寫類似科普文，語言都有點匱乏了。。。

這一樓主要討論一些鋰離子電池安全性的問題，我想這也是大家比較關心的。

鋰電池會起火爆炸，這個誰都知道，我們也經(jīng)常從媒體上看到類似的報道，有的事件后果還挺嚴重，造成了人身和財產(chǎn)損失。
從使用者角度來說，造成電池起火爆炸的主要因素就是過充和短路。
前者比較好理解，就是充電容量大于電池本身的容量，此時電池電壓升高，反應生成不穩(wěn)定的物質，甚至放出氧氣，電池內的電解液和活性物質溫度升高，壓力增大，出現(xiàn)爆炸現(xiàn)象。詳見參考文獻【4】

圓柱形鋰離子電池的結構大致如下圖所示，內部是纏繞式的，一層負極材料，一層隔膜，一層正極材料。。。
頂部帶有防爆閥，這個圖中沒畫出。

為了防止爆炸，電池設計者使用了防爆性能較好的電解液，并且采用了防爆閥，如下圖所示：

這是18650型電池的正極帽部分，當電池內部壓力升高，那個半球面膜就會被頂開，此時電池與外電路開路，沒有了電流，強制停止了電池反應。如果電池內壓繼續(xù)增大，電解液就會從防爆閥上的開口處噴涌而出，不至于造成整個電池的炸裂。

但是，實驗中發(fā)現(xiàn)，在斷開電路之后，電池還有可能繼續(xù)反應，溫度持續(xù)升高，進入了一種不可控的狀態(tài)，我們稱之為“熱失控”。如圖所示：

可見過充到4.6V之后，電壓急劇上升。溫度隨之爆漲，超過手冊規(guī)定的60攝氏度，并且一路飆升，直至爆炸。

熱失控的主要因素就是電池內部短路，短路的原因有多種。
過充導致電池發(fā)熱，高溫燒透隔膜（PE或PP材料的，140度就差不多了），造成內短路，這個是熱失控中最為常見的類型。

另外，擠壓、針刺等物理損傷也有可能造成電池內短路，后果就是發(fā)熱——燒穿隔膜——熱失控。
這類問題可以詳見參考文獻【5】和【6】

一般說來，電池在出現(xiàn)安全問題之前，一個最顯著的特征就是發(fā)熱，而且是不可控的發(fā)熱。
正常情況下，只要電池在工作，電流就會在內阻上發(fā)熱，發(fā)熱功率p=I^2×R×t，焦耳定律。
這個發(fā)熱率不太大的時候，可以通過電池外殼的熱輻射和熱對流散熱，散熱率也是可以計算的。

若散熱率大于發(fā)熱率，此時電池溫度會下降，這個很安全。
當發(fā)熱率大于散熱率的時候，大家就要小心了，此時電池上會有熱量**，電池溫度升高，反應愈加劇烈。
此時您最好停止電池的工作，等散熱完畢，溫度降下來再用。

我有個比較老的筆記本，電池也不太行了，充電的時候，由于充電電流很大，筆記本電池非常燙，甚至到了燙手的地步，這時筆記本會自動停止充電，等溫度降下來后才繼續(xù)，這是由于筆記本電池包中帶有溫度傳感器，管理芯片中有相應的溫度保護程序，所以不至于發(fā)生嚴重的后果。如果這個溫度傳感器出了問題，大家可能就會在報紙或電視上看到一起嚴重的筆記本電池爆炸事故。。。

說到筆記本電池組。。。這個是個很成熟的電池管理系統(tǒng)，見下圖【7】：

電池組（尤其是電動車用電池組）的安全問題，一直是相關科研人員研究的重點。

另外，不同的電池材料的抗高溫性能也不同，目前最新的鋰離子聚合物電池，其電解液不是液態(tài)的，而是類似果凍的膠狀體，此類電池很難發(fā)生起火爆炸，甚至連針刺擠壓這種物理損傷，都很難造成安全問題。

未來鋰電池安全的發(fā)展趨勢就是：電解液呈膠狀甚至固態(tài)，電池受到物理損害不出問題，甚至被子彈擊穿、被切割也只是損失了一部分容量，對于電壓和放電性能等沒有影響。

對于我們普通用戶來說，大可不必關心電池爆炸的問題，碰到這個事的概率微乎其微，恐怕比出門被車撞傷的概率都低。
這主要是因為我們使用的電池，都帶有保護板，保護板的作用就是限定最大放電電流和上下限電壓，并且根據(jù)溫度情況決定電池是否工作。筆記本就不說了，手機電池至少有三個輸出觸點，其中兩個是正負極，另一個就是溫度輸出，通過這個接口將電池包溫度傳給手機，當溫度超過一定的值，手機就會過熱保護（還記得火烤iPhone么？）。



目前報道的電池爆炸問題，我個人分析主要有以下幾個原因：
1，物理損傷，就是擠壓針刺什么的，把電池弄的內短路了，這個完全控制不住。
2，使用環(huán)境過熱，比如有個報道說某廚師的手機電池，在褲兜里炸了，原因就是他褲兜部分靠近灶臺，長時間熱量累積導致電池過熱。
3，電池管理有問題，一般就是保護板的問題，造成電池過充爆炸。這類報道比較普遍，就是說充電給充炸了的。尤其是一些山寨萬能充，為了省成本，電路非常簡單，你們懂的。。。
4，電池組的問題，可能是組內電池短路或者保護板出問題什么的，是由外短路造成電池過熱進而爆炸，這類問題主要體現(xiàn)在筆記本電池組起火上。