電池FPC之鋰離子電池充電為什么需要3個階段？

文章來源：作者：何琴查看手機網址

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人氣：1277發布日期：2022-07-11 08:32【大中小】

鋰離子電池是現金便攜式電子產品最常見的選擇，與其他類型電池相比，鋰離子電池重量輕，沒有記憶效應，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優化。
據深聯電路電池FPC小編了解，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。
1、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。可以看出，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。可以看出，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，在那兒形成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。
就電池FPC小編了解，在另一種情形，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，從正極移動過來的Li+找到空格的機會就越來越小，所需時間就越來越長，如果充電速度不變的話，一樣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。
可以想象，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。如果你不能想象電池內部發生的狀況，請把這個電池想象成肥皂泡，你往肥皂泡中吹入氣體的過程就相當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張速度趕不上氣體吹入的速度時，肥皂泡就很容易破裂了。
據電池FPC小編了解，預充電（Precharge）發生在電池電壓比較低時，對于大多數鋰離子電池來說，這個電壓通常定義在2.9V~3V以下，此時的充電電流一般容許在C/10以下。
恒流充電的電流大多設定在1C左右（按照500個使用循環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，我們可以認為電池已經充滿了，充電過程將截止。
最后一個階段被稱為補充階段，它實際上是恒流階段和恒壓階段的組合。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。
另外，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。