談?wù)?a href="http://m.payload.net.cn" style="color:#a98326">鋰離子電池快速充電

有關(guān)對(duì)鋰離子電池快速充電的認(rèn)識(shí):

用這個(gè)圖來(lái)說(shuō)明電池充電的過(guò)程。橫坐標(biāo)為力矩，縱坐標(biāo)為電壓。在鋰離子電池充電開(kāi)始時(shí)，會(huì)有一個(gè)小電流的預(yù)充電過(guò)程，即CC預(yù)充電，其目的是為了使正極和負(fù)極的數(shù)據(jù)平靜下來(lái)。之后，電池狀態(tài)穩(wěn)定，可以調(diào)節(jié)高電流充電，即CC快速充電。最后，進(jìn)入恒壓充電模式(CV)。關(guān)于鋰離子電池，系統(tǒng)檢測(cè)到電壓達(dá)到4.2v后，開(kāi)始恒壓充電模式，充電電流逐漸減小，直到小于一定值。

在整個(gè)過(guò)程中，不同的電池有不同的充電電流規(guī)格。例如3C產(chǎn)品的電池規(guī)格一般為0.1-0.5c，大功率動(dòng)力鋰電池的充電規(guī)格一般為1C。選擇較低的充電電流也要考慮到電池的安全性。因此，一般所說(shuō)的快速充電，就是比標(biāo)準(zhǔn)充電電流高幾倍到幾十倍。

有人說(shuō)，鋰離子電池充電就像倒啤酒，速度快，倒啤酒的速度也快，但泡沫很多。慢慢地倒，慢慢地倒，但是大量的啤酒，非常真實(shí)。快速充電節(jié)省了充電時(shí)間，但也會(huì)對(duì)電池本身造成很大的損害。由于電池內(nèi)部存在極化現(xiàn)象，最大可接受充電電流會(huì)隨著充放電周期的新增而減小。當(dāng)充電電流較大且持續(xù)時(shí)，電極上的離子濃度增大，極化程度增大。電池端電壓不能直接對(duì)應(yīng)充電/能量的線性比例。同時(shí)，大電流充電內(nèi)阻的增大會(huì)導(dǎo)致焦耳熱效應(yīng)(Q=I2Rt)的加劇，從而帶來(lái)電解液的反應(yīng)分解、產(chǎn)氣等一系列副用途。風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)會(huì)突然增大，對(duì)電池安全出現(xiàn)影響，非動(dòng)力鋰電池的壽命必然會(huì)大大縮短。

01

陽(yáng)極材料

鋰離子電池快速充電過(guò)程是鋰離子在正極數(shù)據(jù)中迅速進(jìn)入負(fù)極的過(guò)程。正極數(shù)據(jù)的粒度大小會(huì)影響電池電化學(xué)過(guò)程中的響應(yīng)時(shí)間和離子擴(kuò)散路徑。然而,隨著數(shù)據(jù)粒度的降低,制漿生產(chǎn)將嚴(yán)重的粒子聚集,形成松弛和不均勻,同時(shí),納米粒子將會(huì)下降的壓實(shí)密度電極,在充電和放電的過(guò)程與電解液接觸面積新增的副用途,影響電池的功能。

比較可靠的方法是涂覆法對(duì)正極數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。例如，LFP本身的導(dǎo)電性不是很好。將碳數(shù)據(jù)或其他數(shù)據(jù)涂覆在其表面后，可以提高電導(dǎo)率，有利于電池的快速充電功能。

02

陰極材料

鋰離子電池快速充電意味著鋰離子迅速退出并游到陰極，這就要求陰極數(shù)據(jù)具有快速嵌入鋰的能力。用于鋰離子電池快速充電的陰極數(shù)據(jù)包含碳數(shù)據(jù)、鈦酸鋰數(shù)據(jù)等新數(shù)據(jù)。

碳數(shù)據(jù),因?yàn)榍度氲匿嚳赡茴愃朴跐撛诘姆蛛x鋰,鋰離子通常被優(yōu)先是嵌入石墨的傳統(tǒng)充電,但快速充電或低溫條件下,鋰離子可能是分離的外表面形成枝晶鋰。枝晶鋰刺破SEI會(huì)造成Li+二次損耗，降低電池容量。當(dāng)金屬鋰達(dá)到所需的量時(shí)，它會(huì)從負(fù)極生長(zhǎng)到膜上，造成電池短路的風(fēng)險(xiǎn)。

LTO屬于零應(yīng)變的含氧負(fù)極數(shù)據(jù)。電池工作時(shí)不會(huì)出現(xiàn)SEI，與鋰離子結(jié)合更強(qiáng)，滿足快速充電、快速釋放的要求。同時(shí)，由于SEI不能形成，負(fù)極數(shù)據(jù)會(huì)直接與電解液接觸，從而促進(jìn)副反應(yīng)的發(fā)生。LTO電池的產(chǎn)氣問(wèn)題長(zhǎng)期無(wú)法解決，只能通過(guò)表面改性來(lái)緩解。

03

電極的液體

如前所述，在快速充電過(guò)程中，鋰離子遷移速度和電子傳輸速率并不一致，因此電池會(huì)有較大的極化。為了使電池極化引起的負(fù)面反應(yīng)最小化，電解液的發(fā)展要以下三個(gè)方面:解離度高的電解質(zhì)鹽;2.2、溶劑復(fù)合粘度低;3.接口控制-降低膜阻抗。

04

生產(chǎn)過(guò)程與快速充電的連接

從正極和負(fù)極數(shù)據(jù)前，電極液等3個(gè)關(guān)鍵數(shù)據(jù)對(duì)其要求分析并影響快速充電，下面講影響較大的工藝方法。電池制造工藝參數(shù)直接影響電池激活前后電池各部位鋰離子的去除阻力，因此電池制備工藝參數(shù)對(duì)鋰離子電池功能性能有重要影響。

(1)尺寸

有關(guān)膏體的性質(zhì)，一方面是要附著均勻分散的導(dǎo)電劑。因?yàn)閷?dǎo)電劑均勻分布在活性物質(zhì)的粒子,就可以形成一個(gè)相對(duì)統(tǒng)一的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)之間的活性物質(zhì)和活性物質(zhì)與集流體之間,收集可利用微電流的功能,降低接觸電阻,提高電子的運(yùn)動(dòng)速度。二是防止導(dǎo)電劑過(guò)度分散。在充放電過(guò)程中，正極和負(fù)極數(shù)據(jù)晶體的結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，從而可能構(gòu)成導(dǎo)電劑的剝離和跌落，從而新增電池的內(nèi)阻，影響電池的功能。

(2)密度極片面

從理論上講，倍增器電池和大容量電池不能兼而有之。當(dāng)陽(yáng)極和陰極的密度較低時(shí)，可以提高鋰離子的擴(kuò)散速度，降低離子的阻力和電子遷移。表面密度越低，極板越薄，由于在充放電過(guò)程中鋰離子的不斷插入和噴射，極板結(jié)構(gòu)的變化越小。但是，假如表面密度過(guò)低，會(huì)降低電池的能量密度，新增成本，所以要綜合考慮表面密度的需求。下圖是鋰鈷氧化物電池在6C充電1C的例子。

(3)電極片涂層均勻

之前有朋友問(wèn)過(guò)，很片面的密度不一致對(duì)電池會(huì)有影響嗎?這里借此機(jī)會(huì)說(shuō)一下，有關(guān)快速充電的功能，重要是底片的一致性。假如負(fù)表面的密度不一致，軋制后的活物質(zhì)內(nèi)部孔隙度會(huì)有很大的不同。孔隙率的差異會(huì)引起內(nèi)部電流彌散的差異，影響電池形成階段SEI的組成和功能，最終影響電池的快速充電功能。

(4)板材壓實(shí)密度

極板為何壓實(shí)?一是電池能量的提高，二是電池功能的提高。最佳壓實(shí)密度隨電極數(shù)據(jù)的變化而變化。隨著壓實(shí)密度的提高，電極片的孔隙率越小，顆粒間的連接越緊密，在相同表面密度下，電極片的厚度越小，從而減少了鋰離子的遷移路徑。當(dāng)壓實(shí)密度過(guò)高時(shí)，電解液水分效果不好，可能會(huì)損壞數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電劑的分布，以后會(huì)出現(xiàn)繞線問(wèn)題。同一鋰鈷氧化物電池充電6C，放電1C。壓實(shí)密度對(duì)流量比容的影響如下圖所示:

05

老化等等

對(duì)碳負(fù)極電池來(lái)講，成老化是鋰離子電池的關(guān)鍵工藝，這個(gè)過(guò)程會(huì)影響SEI的質(zhì)量。電池的厚度不均勻或結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定會(huì)影響電池的快速充電能力和循環(huán)壽命。

除了以上幾個(gè)重要因素外，電池的制造、充放電標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)對(duì)鋰離子電池的功能出現(xiàn)較大的影響。隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，電池充電率應(yīng)適度降低，否則會(huì)新增極化。

結(jié)論

鋰離子電池快速充放電的實(shí)質(zhì)是鋰離子可以在正極和負(fù)極之間迅速引爆數(shù)據(jù)。電池?cái)?shù)據(jù)的特性、工藝規(guī)劃和充放電準(zhǔn)則都影響大電流的充電功能。