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電池FPC之鋰離子電池充電為什么需要3個(gè)階段?

2022-07-11 08:32

  鋰離子電池是現(xiàn)金便攜式電子產(chǎn)品最常見的選擇,與其他類型電池相比,鋰離子電池重量輕,沒有記憶效應(yīng),與鎳氫電池相比,鋰離子電池有兩倍的能量密度,自放電率低6-8倍。
  當(dāng)使用鋰離子電池進(jìn)行應(yīng)用設(shè)計(jì)時(shí),最重要的是要理解它在充放電過程中的特性以確保應(yīng)用的安全,同時(shí)保障使用時(shí)間的最優(yōu)化。
  據(jù)深聯(lián)電路電池FPC小編了解,目前,業(yè)界已形成了對(duì)鋰離子電池進(jìn)行充電時(shí)的三階段策略:預(yù)充電、恒流充電、恒壓充電。
1、為什么要進(jìn)行3個(gè)階段?
  下圖為鋰離子電池的容量、循環(huán)壽命和充電電壓之間的關(guān)系,縱軸為電池容量,橫軸為循環(huán)壽命次數(shù)??梢钥闯?,充電截止電壓越高,循環(huán)壽命更短,容量下降也更快。


  下圖為鋰離子電池的容量、循環(huán)壽命和放電電流之間的關(guān)系,縱軸為電池容量,橫軸為循環(huán)壽命次數(shù)。可以看出,對(duì)于充電速率越大,容量衰減速度越快。

2、鋰離子電池的化學(xué)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(jìn)入電解液并向負(fù)極移動(dòng),依次進(jìn)入石墨組成的負(fù)極,在那兒形成LiC化合物。如果充電速度過快,會(huì)使得Li+來不及進(jìn)入負(fù)極柵格,在負(fù)極附近的電解液中就會(huì)聚集Li+,這些靠近負(fù)極的Li+很可能從負(fù)極俘獲一個(gè)電子成為金屬Li。持續(xù)的金屬鋰生成會(huì)在負(fù)極附近堆積、長大成樹枝狀的晶體,俗稱枝晶。
  就電池FPC小編了解,在另一種情形,隨著負(fù)極的充滿程度越來越高,LiC晶格留下的空格越來越少,從正極移動(dòng)過來的Li+找到空格的機(jī)會(huì)就越來越小,所需時(shí)間就越來越長,如果充電速度不變的話,一樣可能在負(fù)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(huì)刺破正負(fù)級(jí)之間的隔膜,形成短路。
可以想象,充電的速度越快越危險(xiǎn),充電終止的電壓越高也越危險(xiǎn),充電的時(shí)間越長也越危險(xiǎn)。如果你不能想象電池內(nèi)部發(fā)生的狀況,請(qǐng)把這個(gè)電池想象成肥皂泡,你往肥皂泡中吹入氣體的過程就相當(dāng)于給電池充電的過程,如果你吹得太快,肥皂水形成的水膜擴(kuò)張速度趕不上氣體吹入的速度時(shí),肥皂泡就很容易破裂了。
  據(jù)電池FPC小編了解,預(yù)充電(Precharge)發(fā)生在電池電壓比較低時(shí),對(duì)于大多數(shù)鋰離子電池來說,這個(gè)電壓通常定義在2.9V~3V以下,此時(shí)的充電電流一般容許在C/10以下。
恒流充電的電流大多設(shè)定在1C左右(按照500個(gè)使用循環(huán)后容量衰減至初始容量的80%確定)。
在恒壓充電階段,電流將逐漸下降,下降到一定程度(通常是C/10)以后,我們可以認(rèn)為電池已經(jīng)充滿了,充電過程將截止。
  最后一個(gè)階段被稱為補(bǔ)充階段,它實(shí)際上是恒流階段和恒壓階段的組合。它是為了彌補(bǔ)電池自放電和其它與它相連的負(fù)載的消耗而造成的電容量下降的彌補(bǔ)措施,這樣做是為了保證在電池(及由其構(gòu)成的系統(tǒng))和充電設(shè)備分離時(shí)總是處于盡可能充滿電的狀態(tài)。
  另外,電池所處的溫度對(duì)充電策略會(huì)有重大影響。由于構(gòu)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(fā)生了巨大的變化。

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