根据不同的应用，对于什么是最重要的电池特性始终存在争议。人们通常非常注重增大锂离子电池的容量，以便在最小的物理尺寸下实现最长的产品工作时间。但在很多情况下，较长的电池寿命、更多的充电周期数和更安全的电池特性比单纯增大电池容量更加重要。
在讨论电池充电器对于延长电池寿命的作用之前，我们首先回顾一下锂离子电池的各种特性。锂是质量最轻的、电抗性最强的、电化学势最高的金属之一，是制作电池的理想材料。锂离子电池中并没有金属态的锂，而是采用的锂离子，锂离子在电池充电和放电过程中分别在电池的阳极和阴极之间来回移动。
尽管锂离子电池有多种不同的类型，但是目前实际应用最广泛的化合材料只有三种，都与它们的阴极材料有关。锂-钴化合材料的电池由于具有较大的蓄电量，常用于笔记本电脑、相机和手机中。根据不同应用对高放电电流、更高安全性或者制造成本的需要，锂电池也可以采用其他化合材料。此外，人们还将不同的阴极材料混合起来，结合每种化合材料的最佳特性，研制新型的混合锂离子电池。
与其他化学电池不同的是，锂离子电池技术并不是十分成熟。人们正在研究比当前的电池具有更大容量、更长寿命和更高性能的新型电池，下表列出了每种类型电池的一些重要特性。
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锂离子聚合物电池
锂离子聚合物电池与标准锂离子电池的特性十分相似，您可以采用类似的方式对锂离子聚合物电池进行充放电。两者之间主要的不同在于，锂离子聚合物电池采用固态离子导电聚合物代替了标准锂离子电池中使用的液态电解质，只是大多数聚合物电池仍然采用一块电解质胶贴降低内部的电池芯的电阻。不用液态电解质之后，聚合物电池就可以采用金属箔片进行封装，而不是像标准锂离子电池那样采用笨重的金属外壳。锂离子聚合物电池具有高性价比的制造灵活性，能够做成多种不同的形状，甚至是超薄的，从而变得越来越流行。
所有可再充电的电池寿命都是有限的，锂离子电池也不例外。电池制造商通常将电池容量降低到额定容量的80%时候看成是其寿命终止。但是，电池在其蓄电量低于80%的时候提供的电量仍然可用，只是其工作时间将会缩短。
充/放电周期的次数也常用于表示电池的寿命，但是周期寿命和电池寿命(即使用寿命)是不同的。充电和放电最终都会减少电池的活性材料，并引起其他一些化学变化，导致内部电阻增大和永久性的容量损耗。但是，即使在不使用的情况下，电池也会出现永久性的容量损耗。在电池电压保持在4.2V(完全充满)时提高电池温度会造成最严重的永久性容量损耗。
要想实现最长的保存时间，电池应该以40%的充电程度(3.6V)保存在40°F(冰箱温度)下。对于锂离子电池而言，最糟糕的使用方法可能是笔记本电脑在日常用作桌面电脑时始终连接着充电器。笔记本电脑经常工作在比较温暖甚至高温的环境下，电池温度升高，而充电器又始终将电池保持在100%的充电程度。这些因素都会缩短电池的寿命，甚至缩短到6个月到1年的时间。如果可能，用户在把笔记本电脑用作桌面电脑时应该去掉电池，采用交流适配器对其供电。正确保养笔记本电脑的电池能够将其使用寿命延长到2到4年，甚至更长的时间。
电池容量损耗有两种类型：可恢复的损耗与永久性的损耗。在完全充电之后，锂离子电池在最初的24小时通常会损耗约5%的容量，然后由于自放电现象每个月大约损耗3%，如果电池组具有组装保护电路每个月还将损耗3%。当电池保持在20℃下时，就会出现这些自放电损耗，随着温度的升高和电池的老化，自放电损耗将快速增大。这种容量损耗通过重新对电池充电是可以恢复的。
永久性容量损耗，正如其名称所暗示的那样，指的是通过充电无法恢复的永久性损耗。永久性容量损耗主要与完全充放电周期的次数、电池电压和温度有关。电池保持在4.2V电压即100%充电程度(锂离子磷酸盐电池完全充电电压为3.6V)下的时间越长，出现容量损耗的速度越快。这一点无论对于正在充电的电池还是处于完全充电状态电压接近4.2V的电池而言都是毋庸置疑的。总是保持锂离子电池为完全充电的状态会缩短其寿命。在电池制成以后，缩短电池寿命的化学变化就开始发生了，高浮动电压和高温会加速这些化学变化。永久性容量损耗是不可避免的，但是通过遵守电池充电、放电或者保存过程的好习惯可以将永久性容量损耗维持在最低水平。采用部分放电周期能够大大延长电池寿命，充电时不要充到100%的容量也可以进一步延长电池的寿命。
字母“C”是一个用于表示电池制造商标称的电池放电容量的指标，以毫安时(mAhr)为单位。例如，额定容量为2000mAhr的电池在其电压降低到零容量电压之前能够为2000mA的负载供电一个小时。同样，以C/2的速率对该电池充电就意味着充电电流为1000mA(1A)。C对电池充电器而言是非常重要的指标，它决定了所需的正确充电电流以及完全充满电池所需的时间长度。在讨论最小充电电流终止方法时，使用C/10终止方法的2000mAhr电池将在充电电流低于200mA时结束充电周期。
延长电池寿命
通常，多种因素共同作用将会延长或缩短电池的寿命。要延长电池寿命：
采用部分放电周期
在重新充电之前只使用20%或30%的电池容量能够大大延长电池的寿命。通常情况下，5到10个浅放电周期相当于一个完整的放电周期。虽然部分放电周期的个数非常多，但是保持电池为完全充满状态也会缩短电池寿命。我们应该尽可能避免完全放电周期(根据不同的电池化学组成，电压将下降到2.5V或3V)。
避免充电到100%的容量
选择较低的浮动电压即可做到这一点。降低浮动电压能够延长周期寿命和使用寿命，但是减少了电池容量。将浮动电压降低100mV到300mV能够将周期寿命提高2到5倍甚至更高。锂离子钴化合物相比其他化合物对浮动电压更加敏感。锂离子磷酸盐电池通常比常见的锂离子电池具有更低的浮动电压。
选择正确的充电终止方法
选择使用最小充电电流终止方式(C/10或C/x)的充电器，通过避免充电到100%的容量，也能够延长电池寿命。例如，在电流降低到C/5时结束充电过程，其效果是与把浮动电压降低到4.1V类似的。在两种情况下，电池容量仅仅被充到85%左右，这对于电池寿命具有重要影响。
限制电池的温度
限制电池的温度极端能够延长电池寿命，尤其是要防止在0℃以下对电池进行充电。在0℃以下充电会促使电池阳极发生金属电镀现象，这会发展成内部短路，产生热量并使电池变得不稳定和不安全。为了预防这一问题，很多电池充电器都能够测量电池温度，确保不在极端温度下进行充电。
避免较高的充电和放电电流
高充电和放电电流会缩短电池的周期寿命。某些化合物更适合于制造高电流电池，例如锂离子锰和锂离子磷酸盐。高电流会对电池施加极大的应力。
避免过量放电(低于2V或2.5V)
过量放电会对锂离子电池造成快速而永久的损伤。内部金属电镀现象会引起电路短路，造成电池不可用、不安全。大多数锂离子电池在电池组内部都有保护电路，如果电池电压低于2.5V或者超过4.3V，或者如果电池充电或放电时的电流超过了预定的阈值，保护电路就会断开电池连接。
充电方法
建议对锂离子电池进行充电的方法是给电池提供±1%电压受限的恒定电流，直至电池完全充满，然后停止充电。判断电池是否完全充满的方法包括对总充电时间进行定时，监测充电电流，或者采用两者相结合的方法。
第一种方法施加一个电压受限的恒定电流，范围从C/2到1C，时间为2.5到3个小时，从而将电池充满。也可以采用更低的充电电流，但是需要较长的充电时间。第二种方法是类似的，但是需要监测充电电流。在电池充电过程中，电压会升高，这与第一种方法是一样的。当电压达到预编程的电压极限(也称为浮动电压)时，充电电流就开始下降。当充电电流刚开始降低时，电池只充了50%到60%。继续施加浮动电压，直到充电电流下降到足够低的值(C/10到C/20)，这时电池充电接近92%到99%，充电周期就结束了。当前，将标准锂离子电池快速充满(小于一个小时)还没有一种安全的方法。
应避免在电池完全充满之后对其施加连续电压，这会加速电池永久性的容量损耗，并可能引起内部的金属锂发生金属电镀现象。这种电镀会进一步发展成内部短路，导致电池过热，使电池出现热不稳定性问题。所需的时间是按月计算的。
某些锂离子电池充电器采用热敏电阻监测电池的温度。这种监测器的主要作用是当电池温度超出0℃到40℃的推荐范围时中止充电。与NiCd或NiMH电池不同的是，锂离子电池在充电的时候温度上升非常缓慢。图1给出了锂离子电池充电过程中，充电电流、电池电压和电池容量与时间之间的典型关系曲线。
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决定浮动电压的主要因素是电池阴极中使用的活性材料的电化学电势，锂的电化学电势大约为4V。增加其他复合材料会升高或降低这一电压。第二个因素要在电池容量、周期寿命、电池寿命和安全性各个方面之间进行权衡。图2中的曲线给出了电池容量与周期寿命之间的关系。
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大多数锂离子制造商将4.2V浮动电压作为电池容量和周期寿命之间的最佳平衡方案。采用4.2V作为恒定的电压极限(浮动电压)，锂离子电池的容量在降低到80%之前通常能够提供约500个充电/放电周期。一个充电周期包含一次完全充电到一次完全放电。多次浅放电累计构成一个完全充电周期。
尽管采用降低的浮动电压或最小充电电流终止方式将电池充到不足100%的容量会降低电池的初始容量，但是随着充电周期数超过500，较低浮动电压的电池容量将超过较高浮动电压的容量。图3对比了推荐的浮动电压与降低的浮动电压在容量和充电周期次数方面的差异。
由于不同的锂离子电池化合物和其他一些条件会影响电池寿命，这里给出的曲线仅仅估计了充电周期次数和电池容量水平。由于在电池材料和构造方法方面总会存在一定的差异,不同厂家类似的电池化合物的结果之间也会有很大的结果差别。
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电池制造商规定了最终用户必须采用的充电方法和浮动电压，以满足电池的容量、周期寿命和安全性规范。建议充电时不要超过推荐的浮动电压。很多电池内都集成了电池组保护电路，以便在超过最大电池电压时暂时断开电池连接。在断开之后，将电池组与充电器相连将会复位电池组保护电路。电池组通常在电池上印制了一个电压值，例如单芯电池为3.6V。这一电压并不是浮动电压，而是电池放电时的平均电池电压。
电池充电器的选择
虽然电池充电器无法控制电池的放电深度、放电电流和电池温度—所有这些因素都会影响电池寿命—但是很多充电器具有的一些功能仍然会影响电池的寿命。
电池充电器延长电池寿命的因素主要取决于充电器的浮动电压和充电终止方法。很多锂离子充电器支持在4.2V固定浮动电压基础上变化±1%(或者更低)，而某些充电器则提供了4.1V和4V电压，以及可调节的浮动电压。当对4.2V锂离子电池进行充电时，使用具有降低浮动电压的电池充电器能够延长电池寿命。
不具备较低浮动电压功能的电池充电器也能够延长电池寿命。具有最小充电电流终止方法(C/10或C/x)的充电器通过选择合适的结束充电周期的充电电流，能够达到延长电池寿命的目的。
选择大小为C/10的终止电流只能将电池容量充到92%左右，但是电池寿命会因此而延长。选择大小为C/5的终止电流能够使周期寿命延长一倍，但是电池充电容量却会进一步下降到85%左右。很多充电器IC提供了C/10(10%的电流阈值)或C/x(可调的电流阈值)的充电终止模式。
工作时间与电池寿命的关系
采用当前的电池技术在不增大电池尺寸的情况下，我们无法同时延长电池的工作时间和电池寿命。要想获得最长的工作时间，充电器必须将电池充到100%的容量。这将使电池电压达到接近制造商推荐的浮动电压，通常为4.2V±1%。但是，对电池充电并保持这一电压会缩短电池寿命。解决办法之一是选择较低的浮动电压，这会阻止电池达到100%的充电程度，但是这需要较大容量的电池才能实现同样长的工作时间。当然，很多便携式产品可能不适合选用较大尺寸的电池。
同样，采用C/10或者C/x最小充电电流终止方法与采用较低浮动电压对电池寿命具有同样的影响。浮动电压降低100mV将会使电池容量减少15%左右。此外，在充电电流下降到20%(C/5)时终止充电周期也会减少15%的容量，同时将周期寿命延长一倍。
正如我们所预料的，在放电过程中，电池电压会缓慢下降。放电电压与时间之间的关系取决于很多因素，包括放电电流、电池温度、电池年龄和电池中使用的阳极材料类型。当前，大多数锂离子电池的阳极材料使用的是石油基焦炭或者石墨。图4给出了每种材料的电压曲线。使用更加广泛的石墨材料在20%和80%的容量之间具有更平滑的放电电压，然后在末端快速下降，而焦炭材料制作的阳极具有更陡峭的电压曲线和较低的2.5V截止电压。两者的剩余电池容量是比较接近的，通过对电池电压进行一个简单的测量就很容易判断出哪种是焦炭材料。
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锂离子电池通过并联可以增大容量。其中没有特殊的要求，只是要求各个电池具有相同的化合物、制造商和尺寸。对电池进行串联需要十分小心，因为这时通常需要设置电池容量匹配和电池均衡电路以确保每个电池都能够达到相同的浮动电压和相同的充电程度。
最好不要将两个电池芯(具有单独的组装保护电路)串联，因为容量不匹配会导致一个电池达到过压限制，从而断开电池连接。在选购多芯电池组时应该配置电池制造商提供的合适的保护电路。
作者：Fran Hoffart
应用工程师
Linear Technology(凌力尔特)
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