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為什么鋰離子電池充電需要3個階段?

發布時間:2023-10-20

? ? ? ?鋰離子電池廣泛應用于日常電子產品中,也是電動汽車動力電池的首選,與其他類型電池相比,鋰離子電池重量輕,與鎳氫電池相比,比能量、能量密度為鎳氫電池的兩倍,能大幅提高電動汽車的續航能力,功率更高、自放電小、無記憶效應,廣泛被使用在很多新型移動設備中。

? ? ? ?但是鋰電池又因為其特性特別活潑,稍有不慎,容易燃燒,而燃燒帶來的溫度升高以及體積膨脹會給周圍環境甚至人身造成很大的損害,甚至導致許多災難的后果。當使用鋰離子電池進行應用設計時,最重要的是要理解它在充放電過程中的特性以確保應用的安全,同時保障使用時間的最大化。

? ? ? ?目前,業界已形成了對鋰離子電池進行充電時的三階段策略:預充電、恒流充電、恒壓充電。

 

 

 

一、為什么要進行3個階段?
? ? ? ?下圖為鋰離子電池的容量、循環壽命和充電電壓之間的關系,縱軸為電池容量,橫軸為循環壽命次數。充電截止電壓越高,循環壽命更短,容量下降也更快。

? ? ? ?下圖為鋰離子電池的容量、循環壽命和放電電流之間的關系,縱軸為電池容量,橫軸為循環壽命次數。對于充電速率越大,容量衰減速度越快。

 

 

 

2、鋰離子電池的化學特性
? ? ? ?在充電的過程中,在充電器施加的外電場作用下,Li+從正極LiCoO2中脫出進入電解液并向負極移動,依次進入石墨組成的負極,形成LiC化合物。? ? ? ?如果充電速度過快,會使得Li+來不及進入負極柵格,在負極附近的電解液中就會聚集Li+,這些靠近負極的Li+很可能從負極俘獲一個電子成為金屬Li。持續的金屬鋰生成會在負極附近堆積、長大成樹枝狀的晶體,俗稱枝晶。? ? ? ?另一種情形,隨著負極的充滿程度越來越高,LiC晶格留下的空格越來越少,如果充電速度不變,可能在負極表面形成局部的Li+堆積。因此,在充電的后半段必須逐步縮小充電電流。枝晶的長大最終會刺破正負級之間的隔膜,形成短路。? ? ? ?因此,充電的速度越快越危險,充電終止的電壓越高也越危險,充電的時間越長也越危險。? ? ? ?預充電(Precharge)的意義是要對電池的狀態進行調整,使之進入可以進行大電流快速充電的狀態。? ? ? ?恒流充電的作用是將電能快速地儲存到電池中。? ? ? ?恒壓充電階段則是最后的調整階段,它使電池的容量最大化,但其進行過程是完全依照電池自身的需要進行的。? ? ? ?最后階段被稱為補充階段,它是為了彌補電池自放電和其它與它相連的負載的消耗而造成的電容量下降的彌補措施,這樣做是為了保證在電池(及由其構成的系統)和充電設備分離時總是處于盡可能充滿電的狀態。

? ? ? ?此外,電池所處的溫度對充電策略會有重大影響。由于構成電池的材料在不同溫度下的特性不同,電池的容量、合適的充電電壓也發生了巨大的變化。

 

 

 

 

 

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