談談鋰離子電池快速充電

有關對鋰離子電池快速充電的認識:

用這個圖來說明電池充電的過程。橫坐標為力矩，縱坐標為電壓。在鋰離子電池充電開始時，會有一個小電流的預充電過程，即CC預充電，其目的是為了使正極和負極的數據平靜下來。之后，電池狀態穩定，可以調節高電流充電，即CC快速充電。最后，進入恒壓充電模式(CV)。關于鋰離子電池，系統檢測到電壓達到4.2v后，開始恒壓充電模式，充電電流逐漸減小，直到小于一定值。

在整個過程中，不同的電池有不同的充電電流規格。例如3C產品的電池規格一般為0.1-0.5c，大功率動力鋰電池的充電規格一般為1C。選擇較低的充電電流也要考慮到電池的安全性。因此，一般所說的快速充電，就是比標準充電電流高幾倍到幾十倍。

有人說，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。快速充電節省了充電時間，但也會對電池本身造成很大的損害。由于電池內部存在極化現象，最大可接受充電電流會隨著充放電周期的新增而減小。當充電電流較大且持續時，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應充電/能量的線性比例。同時，大電流充電內阻的增大會導致焦耳熱效應(Q=I2Rt)的加劇，從而帶來電解液的反應分解、產氣等一系列副用途。風險系數會突然增大，對電池安全出現影響，非動力鋰電池的壽命必然會大大縮短。

01陽極材料

鋰離子電池快速充電過程是鋰離子在正極數據中迅速進入負極的過程。正極數據的粒度大小會影響電池電化學過程中的響應時間和離子擴散路徑。然而,隨著數據粒度的降低,制漿生產將嚴重的粒子聚集,形成松弛和不均勻,同時,納米粒子將會下降的壓實密度電極,在充電和放電的過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正極數據進行修正。例如，LFP本身的導電性不是很好。將碳數據或其他數據涂覆在其表面后，可以提高電導率，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，這就要求陰極數據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據包含碳數據、鈦酸鋰數據等新數據。

碳數據,因為嵌入的鋰可能類似于潛在的分離鋰,鋰離子通常被優先是嵌入石墨的傳統充電,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會造成Li+二次損耗，降低電池容量。當金屬鋰達到所需的量時，它會從負極生長到膜上，造成電池短路的風險。

LTO屬于零應變的含氧負極數據。電池工作時不會出現SEI，與鋰離子結合更強，滿足快速充電、快速釋放的要求。同時，由于SEI不能形成，負極數據會直接與電解液接觸，從而促進副反應的發生。LTO電池的產氣問題長期無法解決，只能通過表面改性來緩解。

03電極的液體

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

04生產過程與快速充電的連接

從正極和負極數據前，電極液等3個關鍵數據對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對鋰離子電池功能性能有重要影響。

(1)尺寸

有關膏體的性質，一方面是要附著均勻分散的導電劑。因為導電劑均勻分布在活性物質的粒子,就可以形成一個相對統一的導電網絡之間的活性物質和活性物質與集流體之間,收集可利用微電流的功能,降低接觸電阻,提高電子的運動速度。二是防止導電劑過度分散。在充放電過程中，正極和負極數據晶體的結構會發生變化，從而可能構成導電劑的剝離和跌落，從而新增電池的內阻，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。當陽極和陰極的密度較低時，可以提高鋰離子的擴散速度，降低離子的阻力和電子遷移。表面密度越低，極板越薄，由于在充放電過程中鋰離子的不斷插入和噴射，極板結構的變化越小。但是，假如表面密度過低，會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

之前有朋友問過，很片面的密度不一致對電池會有影響嗎?這里借此機會說一下，有關快速充電的功能，重要是底片的一致性。假如負表面的密度不一致，軋制后的活物質內部孔隙度會有很大的不同。孔隙率的差異會引起內部電流彌散的差異，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)板材壓實密度

極板為何壓實?一是電池能量的提高，二是電池功能的提高。最佳壓實密度隨電極數據的變化而變化。隨著壓實密度的提高，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。當壓實密度過高時，電解液水分效果不好，可能會損壞數據結構和導電劑的分布，以后會出現繞線問題。同一鋰鈷氧化物電池充電6C，放電1C。壓實密度對流量比容的影響如下圖所示:

05老化等等

對碳負極電池來講，成老化是鋰離子電池的關鍵工藝，這個過程會影響SEI的質量。電池的厚度不均勻或結構不穩定會影響電池的快速充電能力和循環壽命。

除了以上幾個重要因素外，電池的制造、充放電標準也會對鋰離子電池的功能出現較大的影響。隨著使用時間的延長，電池充電率應適度降低，否則會新增極化。

結論

鋰離子電池快速充放電的實質是鋰離子可以在正極和負極之間迅速引爆數據。電池數據的特性、工藝規劃和充放電準則都影響大電流的充電功能。