真低溫鋰離子電池與傳統(tǒng)充電戰(zhàn)略的對(duì)比

鋰離子電池經(jīng)過(guò)Li+在正負(fù)極之間的搬家完成儲(chǔ)能和放電，但是Li+在正負(fù)極之間搬家遭到溫度很大的影響，特別是低溫下因?yàn)檎?fù)極的動(dòng)力學(xué)條件變差，以及電解液粘度上升，電導(dǎo)率下降等要素會(huì)導(dǎo)致鋰離子電池功能急劇下降，導(dǎo)致鋰離子電池低溫?zé)o法放電，更為嚴(yán)重的是低溫充電極易導(dǎo)致負(fù)極析鋰，不但會(huì)構(gòu)成電池容量極速衰降，還會(huì)構(gòu)成嚴(yán)重的安全隱患。目前盡管有不少鋰離子電池聲稱低溫電池，但是實(shí)際上都是指的可以在低溫下進(jìn)行放電，依然需要將電池康復(fù)到常溫下進(jìn)行充電，以避免負(fù)極析鋰。

近來(lái)，英國(guó)華威大學(xué)的UpenderRao Koleti（榜首作者，通訊作者）經(jīng)過(guò)對(duì)充電戰(zhàn)略的優(yōu)化，下降了鋰離子電池在低溫充電時(shí)析鋰的風(fēng)險(xiǎn)，相比于傳統(tǒng)的CC-CV充電戰(zhàn)略，兩種新的充電戰(zhàn)略可以分別下降45%和70%的鋰離子電池低溫充電引起的容量衰降。

鋰離子電池低溫充電的中心在于避免負(fù)極析鋰，而負(fù)極析鋰檢測(cè)的難點(diǎn)在于負(fù)極電位的檢測(cè)。下圖為常見(jiàn)的CC-CV充電戰(zhàn)略的電壓、電流曲線，電池首先按照3A（1C）恒流充電至4.2V，然后恒壓充電至電流下降到0.75A，從下圖負(fù)極的對(duì)Li電位改變情況，可以看到在恒流充電的晚期，負(fù)極的電位下降到0V以下，標(biāo)明負(fù)極初步分出金屬Li。

常見(jiàn)的檢測(cè)負(fù)極電位的辦法是三電極法，也便是在正負(fù)極之外再增加一個(gè)金屬Li參照電極，但是這種辦法是一種破壞性的辦法，會(huì)對(duì)鋰離子電池的狀況產(chǎn)生影響。因此，作者在這里選用了一種非破壞性的辦法來(lái)勘探負(fù)極析鋰，從上圖咱們可以看到，在充電的進(jìn)程中因?yàn)樨?fù)極電位低于0V，因此會(huì)導(dǎo)致負(fù)極析鋰，隨后在停止充電后負(fù)極的電位初步上升，此刻負(fù)極外表分出的金屬Li初步重新嵌入到負(fù)極之中，因此會(huì)導(dǎo)致負(fù)極在這一進(jìn)程中電位堅(jiān)持穩(wěn)定，反應(yīng)在電池電壓上也便是在充電完畢后電壓下降的進(jìn)程，假定電池發(fā)作了析鋰則會(huì)在電壓曲線上呈現(xiàn)一個(gè)小的途徑（如上圖b所示），因此可以依據(jù)鋰離子電池電壓曲線的形狀來(lái)判別鋰離子電池在充電的進(jìn)程中是否發(fā)作析鋰。

為了避免負(fù)極析鋰的發(fā)作，作者在這里選用三段式的充電辦法，也便是CC-CV-CC辦法，在這一形式中榜首階段的恒流充電并不會(huì)將電池直接充電至截止電壓，而是首先充電至一個(gè)中心電壓Vtc，然后避免構(gòu)成負(fù)極析Li，隨后初步進(jìn)行恒壓充電知道電流下降到0.25C，然后繼續(xù)以0.25C的倍率對(duì)電池進(jìn)行恒流充電，直到電池的終究電壓達(dá)到4.2V。

在上述的充電戰(zhàn)略中，中心的難點(diǎn)在于怎樣供認(rèn)恒流充電的終止電壓Vtc，假定這一電壓定的太低，則會(huì)導(dǎo)致電池的充電時(shí)刻大大延伸，假定定的太高則會(huì)導(dǎo)致負(fù)極析鋰。作者為了供認(rèn)Vtc的詳細(xì)數(shù)值，作者選用了兩種辦法：一種是前面提到的調(diào)查電池靜置電壓曲線的辦法；一種是經(jīng)過(guò)測(cè)量電池在每次循環(huán)中的容量衰降的辦法，經(jīng)過(guò)調(diào)整Vtc的辦法將電池在每次循環(huán)中的電壓衰降降到最低，然后供認(rèn)Vtc的值。

試驗(yàn)中選用的電池為NCA/石墨體系電池，容量為3.1Ah，試驗(yàn)分組如下表1所示，表4位試驗(yàn)電池測(cè)得到的初始容量數(shù)據(jù)，可以看到9只電池一致性較好。

下圖a為選用三種充電戰(zhàn)略的電池循環(huán)功能曲線，可以看到選用一般CC-CV充電原則的A電池衰降速度最快，在經(jīng)過(guò)50次循環(huán)后電池的容量就現(xiàn)已衰降到了80%左右，抵達(dá)壽數(shù)終止條件。選用靜置電壓法供認(rèn)Vtc的CC-CV-CC充電戰(zhàn)略B電池的低溫循環(huán)功能得到了顯著的進(jìn)步，循環(huán)50次后容量堅(jiān)持率約為90%。而選用容量衰降辦法供認(rèn)Vtc的CC-CV-CC充電戰(zhàn)略的C電池則表現(xiàn)最好，循環(huán)52次后容量衰降僅為6%。電池B在循環(huán)的前兩次因?yàn)槲垂┱J(rèn)合適的Vtc導(dǎo)致電池發(fā)作析鋰，因此對(duì)電池的循環(huán)功能有必定的影響，所以電池B和C盡管選用相似的充電戰(zhàn)略，低溫循環(huán)功能上依然有必定的區(qū)別。

低溫充電析鋰是構(gòu)成鋰離子電池循環(huán)壽數(shù)衰降和安全風(fēng)險(xiǎn)增加的重要原因，Upender Rao Koleti的作業(yè)標(biāo)明咱們可以經(jīng)過(guò)改動(dòng)低溫充電戰(zhàn)略的辦法避免低溫充電的進(jìn)程中負(fù)極析鋰，并且該辦法可以經(jīng)過(guò)在線測(cè)量的辦法供認(rèn)合適的Vtc值，在最大化下降充電時(shí)刻的同時(shí)，保證負(fù)極不發(fā)作析鋰現(xiàn)象。

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