电池记忆效应：了解镍镉电池的特殊现象与应对方法

电池记忆效应：了解镍镉电池的特殊现象与应对方法

介绍

电池记忆效应是指电池的可逆失效，即电池失效后可以恢复的性能，电池在长期经受特定的工作循环后，会自动保持这种特定的倾向。

电池记忆效应（ ）是指镍镉电池如果长时间不完全充电或放电，很容易在电池中留下痕迹，降低电池容量的现象。电池好像记住了用户每天的充电和放电幅度和方式。随着时间的推移，很难改变这种方式，无法再进行大量充电或放电。锂离子电池没有这种效应。

什么原因造成记忆效应？

由于传统工艺中负极经过烧结，镉颗粒较粗，如果镍镉电池在未完全放电的情况下进行充电，电池放电时镉颗粒容易聚集成块状，形成二次放电平台。

电池会储存这个放电平台，并以此作为下次循环的放电终点，尽管电池自身的容量可以将电池放电到更低的平台。在随后的放电过程中，电池只会记住这个低容量。同样，在每次使用中，任何不完全的放电都会加深这种影响，使电池容量更低。

理解记忆效应

电池记忆效应是指电池的可逆失效，即电池失效后可以恢复的性能。电池在经过特定工作循环长期使用后，会自动维持这种特定倾向。这最早是在镍镉电池中定义的。镍镉软包电池没有记忆效应，但烧结电池有。这意味着电池好像记住了用户每天的充电和放电幅度和模式，随着时间的推移很难改变这种模式，无法再进行大量充电或放电。目前的镍氢（俗称镍氢）电池不受此记忆效应定义，但具有惰性，最初几次使用需要激活。一般可以充放电300-500次。之后你会发现持续时间越来越短，短到你想换手机。 将旧电池包起来并在使用前放入冰箱几天将提高其性能。

由于传统工艺中负极是烧结而成，镉颗粒较粗，如果镍镉电池在未完全放电的情况下进行充电，镉颗粒容易聚集成块状，在电池放电时形成二次放电平台。消除这种影响有两种方法，一是采用小电流深度放电（如0.1C到0V），二是采用多次大电流充放电（如1C）。

在实际应用中，消除记忆效应有严格的规范和操作规程，操作不当会适得其反。对于镍镉电池，正常的维护是定期深度放电：平均每月（或30次循环）进行一次深度放电（即放电至1.0V/cell）。在正常使用中，可以通过尽量使用电池或关机来缓解记忆效应的形成，但事实并非如此，因为仪器（如手机）不会在关机前使用1.0V/cell。必须使用特殊的设备或电路来完成这项工作。幸好，许多镍氢电池充电器都具有此功能。电池会将这个放电平台储存起来，并作为下次循环放电的终点，尽管电池自身的容量可以将电池放电到更低的平台。在随后的放电过程中，电池只会记住这个低容量。同样，在每次使用中，任何不完全的放电都会加深这种效应，使电池容量更低。

锂离子电池

锂离子电池的正极材料通常由锂的活性化合物组成，而负极则是具有特殊分子结构的碳。常见正极材料的主要成分是：充电时，施加在电池两极的电位迫使正极化合物释放出锂离子，并嵌入负极分子层状结构的碳中。放电时，锂离子从层状结构的碳中析出，与正极化合物重新结合。锂离子的移动产生了电流。虽然化学反应的原理很简单，但在实际工业生产中仍有许多实际问题需要考虑：正极材料需要添加剂来维持多次充放电的活性，负极材料需要在分子结构层面进行设计，以容纳更多的锂离子；填充在正负极之间的电解质，除了要保持稳定性外，还需要具有良好的导电性，以降低电池的内阻。

锂离子电池一般都配有管理芯片和充电控制芯片。管理芯片里有一系列的寄存器，里面存储着容量、温度、ID、充电状态、放电次数等数值。这些数值在使用过程中会逐渐发生变化。使用说明里提到的“每个月要完全充放电一次”的主要目的应该就是为了修正这些寄存器里不合适的数值，使电池的充电控制和标称容量与电池的实际情况相匹配。充电控制芯片主要控制电池的充电过程。锂离子电池的充电过程分为两个阶段，恒流快速充电阶段（此时电池指示灯为黄色）和恒压电流递减阶段（此时电池指示灯为绿色闪烁）。

在恒流快充阶段，电池电压逐渐升高到电池标准电压，之后在控制芯片的控制下进入恒压阶段，电压不再升高，保证不会过充，电流随着电池电量的增加逐渐减小到零，最后完成充电。电量统计芯片可以通过记录放电曲线（电压、电流、时间）来采样计算电池电量，也就是我们读进去的wh值。锂离子电池经过多次使用，放电曲线会发生变化，如果芯片没有机会再次读取一条完整的放电曲线，计算出来的电量就会不准确。所以我们需要深度充放电来校准电池芯片。

关于锂离子电池的一些争议

1.新电池需要充放电几次才能激活吗？

因为锂离子电池没有记忆效应，所以使用时无需激活。确实有一些充电电池需要类似的“激活”工作。这些就是较早的镍镉充电电池和镍氢充电电池。这些电池会产生一种叫做“记忆效应”的现象。在未完全放电的状态下充电很容易导致电池过充。时间一长，电极板上就会长出晶体，阻碍电解液与电极板的接触，导致电池电压下降，让用户感觉电池很快就没电了。因此，对于这两种电池，定期（而不是每次）在充电前将电池完全放电，可以减少上述原因造成的电压下降。不过，我们的手机和笔记本电脑中使用的电池大多是锂离子电池（Li-）。锂离子电池虽然体积小，但可以储存大量的能量，因此使用越来越多。 锂离子电池在首次使用时无需通过深度充放电来激活，因为电池在制造时已经完成了电池初始化和检测过程。锂离子电池也没有所谓的“记忆效应”，可以随时充电。建议定期对锂离子电池进行完全充放电只是为了校准笔记本电脑和一些高端智能手机上的电量检测装置，并不是因为对电池本身有什么好处。对于普通手机、数码相机等分段显示电池大致电量的设备，无需定期对其进行完全充放电。

2、过度充电会导致电池爆炸吗？

锂离子电池能量密度高，电压高（单个锂离子电池电芯产生的电压可达4.2V，而普通镍基充电电池为1.2V）。与低压电池相比，锂离子电池充电时电极的氧化还原反应非常剧烈，因此对锂离子电池的使用条件必须有严格的限制，过充、过放、短路、高温等都会引起电池损坏，甚至起火爆炸。但实际使用的锂离子电池是几个电芯加上一套安全保护电路、多种安全装置封装在一块电池板里。这些安全设计可以保证在发生过充、过放、短路等情况时，自动切断电池电路；电池内部压力过大也会触发排气装置减压；电池温度过高会触发热熔保护装置，阻碍锂离子的移动，从而停止电池的电化学反应。 所以，只要不使用不可靠的山寨电池，手机充满电后没有及时拔掉电源，是不会爆炸的。

3. 减少充电次数可以延长电池寿命吗？

一般锂离子电池的寿命可以达到几百次充放电循环，在电池和设备的手册上经常能看到这样的说法。这里的一次充放电循环指的是将电池电量用完再充电的过程，而不是插上充电器再拔掉的过程。锂离子电池持续的深度充放电会影响锂离子电池的寿命，上述几百次的数据也是在这样的条件下测得的，但在日常浅充浅放的条件下，锂离子电池的寿命其实是相当长的。另外，锂离子电池如果不使用，其容量自然就会损耗，主要影响因素就是电压和温度。研究表明，锂离子在满电状态下长期存放，其容量会明显损耗。同样，温度越高，锂离子电池的容量损耗越快，而且这种损耗是不可逆的，也就是电池的容量会永久降低。 在0度环境下，剩余电量40%的锂离子电池存放一年后，容量会损失2%；而在40度环境下，充满电的锂离子电池存放一年后，容量会损失高达35%。

4. 正确使用锂离子电池

1.给新电池充电：

在使用锂电池时要注意，电池放置一段时间后会进入休眠状态，此时容量比正常值要低，使用时间也会缩短。但是锂电池容易激活，经过3-5次正常的充放电循环，电池就可以被激活，恢复正常容量。由于锂电池本身的特性，它几乎没有记忆效应，所以用户在新锂电池的激活过程中，不需要特殊的方法和设备，最好一开始就使用标准的充电方式，这种“自然激活”的方式最好。锂电池或充电器在电池充满电后会自动停止充电，不存在像镍充电器那样持续10小时以上的所谓“涓流”充电。也就是说，如果你的锂电池已经充满电，放在充电器上是没用的。

但是我们谁都不能保证电池充放电保护电路的特性永不改变、质量万无一失，所以电池长时间处于危险的边缘。这也是我们反对长充电的另一个原因。另外有些机器，充电一定时间后如果不取下充电器，系统不但不停止充电，还会开始放电-充电循环。或许厂家这种做法有自己的目的，但是对电池的寿命显然不利。同时长充电时间长，往往需要在晚上进行，从我国电网的情况来看，很多地方晚上电压比较高，波动也很大。前面也说了，锂电池很娇气，它对充放电波动的抵抗力比镍电池要差很多，所以这就带来了额外的危险。

2. 正常使用时什么时候开始充电？

因为充放电次数有限，锂电池在充电前应尽量将电量用完，锂离子电池充放电循环实验表，其中列出循环寿命的数据如下：循环寿命（10%DOD）：》1000次；循环寿命（100%DOD）：》200次。

DOD是放电深度的缩写，充电次数与放电深度有关，10%DOD下的循环寿命比100%DOD下的循环寿命长得多。当然，如果换算成实际充电相对总容量：10%*1000=100，100%*200=200，完全充放电后者更好。一般情况下，应按照将电池剩余电量用完的原则，有保留地给电池充电。但如果预计第二天电池用不了一整天，则应及时开始充电。当然，如果你愿意把充电器带到办公室，那就另当别论了。

当需要充电以应付预计会导致通讯繁忙的重要事件时，即使电池还剩下很多电量，也只要提前充电即可，因为没有真正损失“1”次充电循环寿命，也就是“0.x”次，而这个x往往很小。电池剩余电量用完再充电的原则就是不要走极端。和长充电一样流行的一句话就是“尽量把机器的电量用完，最好用到自动关机”。这种做法其实只在镍电池上实行，以避免记忆效应的发生。不幸的是，锂电池上也流传着这种做法。曾经有人在机器出现低电量警告后，没有充电，一直用到自动关机的例子。结果，这个例子中的机器在后续的充电和开机过程中，都没有反应，不得不送客服检查。这其实就是因为电池过度放电导致电压过低，以至于不具备正常的充电和开机条件。

3. 锂电池的正确做法

综上所述，我对使用中锂电池充电和放电最重要的提示是：

（1）按标准时间和程序充电，即使前三次也要按要求充电；

（2）当机器电池电量不足时，应尽量尽快开始充电；

（3）锂电池激活不需要特殊的方法，在机器正常使用过程中就会自然激活。

铅酸电池有记忆效应吗？

电瓶车的铅酸电池一般没有记忆效应，一般来说锌镍电池容易产生记忆效应，电瓶车的铅酸电池如下图所示：

定义：以铅及其氧化物为主要电极、以硫酸溶液为电解液的电池。英文：Lead-acid。放电状态下，正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅；充电状态下，正负极主要成分均为硫酸铅。分为排气式电池和免维护铅酸电池。

电池主要由管式正极板、负极板、电解液、隔板、电池槽、电池盖、极柱、注液盖等组成。排气式电池的电极由铅及铅的氧化物组成，电解液为硫酸的水溶液。主要优点是电压稳定，价格便宜；缺点是比能量低。