鋰離子電池主要有哪些充電方式？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-10-11 11:28
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鋰離子充電器是一個電壓限制裝置，類似于鉛酸系統(tǒng)。不同之處在于電池的電壓更高、更耐壓、在完全充電時無需涓流充電或浮充。鉛酸電池在電壓切斷方面提供了一些靈活性，而鋰離子電池的制造商在設置時卻要非常嚴謹，因為鋰離子電池不能過充。那些所謂的有望延長電池壽命并增加額外容量的奇跡充電器是不存在的。鋰離子電池是一個“純凈”的系統(tǒng)，只需要它能夠吸收。
3.6V的正極平臺
正極材料使用傳統(tǒng)的鈷、鎳、錳、鋁時，鋰電池的電壓通常達到4.20 V，公差±50 mV 。一些鎳基種類的電池為4.10 V，高容量鋰電池可充至4.30 V。一定程度上更高的電壓可以增加容量，但當超越規(guī)范值時，電池開始退化，并將降低使用壽命，更重要的是超越極限時的安全隱患。圖1顯示了鋰電池在恒流階段和過充時，電壓和電流的對應關系。
電池的充電倍率是在0.5和1C之間，完整充電時間約為2-3小時。電池制造商推薦的充電倍率在0.8C或更低，以延長電池壽命。充電效率約99％，電池充電期間保持環(huán)境涼爽，充電完成時，一些鋰離子電池組可能會遇到約5℃（9oF）的溫度上升。這可能是保護電路起作用或內(nèi)電阻升高的原因。當電池達到電壓閾值或電流減小到3％的額定電流時發(fā)生完全充電。如果電壓維持水平不變或不能再進一步下降時電池也被認為是完全充電。這種情況的原因可能是自放電升高。
增加充電電流不會加速充電完全狀態(tài)。盡管電池達到電壓峰值更快，但相應的飽和電荷將需要更長的時間。電流對應的電荷數(shù)量改變了每個階段所需的時間，第一階段將縮短但飽和階段2將需要更長的時間。然而大電流充電會迅速達到容量的70%.
與鉛酸一樣，鋰電池不需要充電完全，。事實上，最好不要充電完全，因為高電壓會給電池帶來壓力。選擇較低的電壓閾值，或完全消除飽和電荷可以延長電池壽命，但這減少了運行時長。在滿足最大運行時間時，大多數(shù)充電器消費品追求最大容量，不怎么看中延長使用壽命。
一些成本較低的消費品充電器可以使用簡化的“充電和運行”的方法，給鋰電池一個小時或更少的充電時間，無需經(jīng)過第二階段的飽和電荷。當電池電壓在第一階段達到閾值便可以了。此時充電約為85%，可滿足大多數(shù)用戶的使用水平。
避免充電完全有很多的益處，有的廠家將充電閾值設置較低以延長電池壽命。表2示出不經(jīng)飽和階段，充電至不同電壓閾值時估計的容量。
當電池第一次充電時，電壓迅速增大，這種行為可以用一個橡皮筋提升一個重物來類比，造成了一定的滯后。當快充電完全時電壓跟上了變化，(參見圖3)。這是典型的電池充電特性。
依靠閉路電壓（CCV）讀取充電期間的容量是不切實際的，然而，OCT卻可以用來預測已經(jīng)休息了幾個小時電池的充電狀態(tài)，對于所有電池，溫度影響OCV，鋰離子的活性物質(zhì)也起到了重要作用。
鋰離子不可進行過度充電，當充滿電時電流必須切斷。連續(xù)的涓流充電會導致金屬鋰的沉積，這可能危及安全，為了減少壓力，鋰離子電池單元峰值電壓保持在4.20 v的時間應盡可能地短。
一旦充電結束，電池電壓開始下降，降低了電壓壓力。隨著時間的推移，該開路電壓會降到3.70和3.90V之間。請注意，經(jīng)過完全飽和電荷的鋰離子電池保持高壓的時間超過一個未經(jīng)過完全飽和的電池。
如果一個鋰離子電池為了工作而處于充電狀態(tài)，一些充電器使用簡單的充電電壓上限法以解決補償小部分的自放電和消耗保護電路的問題。當電池的開路電壓降至4.05V時充電器可以進行充電，4.20V時關閉。為電池工作或者待機而設計的充電器，經(jīng)常讓電池電壓下降到4.00V時充電，并僅4.05V時再次充電，而不是完整的4.20V。這減少了電壓相關的應力和延長電池壽命。
將某些便攜式設備放在一個充電插座的開關位置上，通過裝置汲取的電流稱為寄生負荷，可以扭曲充電周期。電池制造商建議不要寄生負載充電，因為它會誘導產(chǎn)生小循環(huán)，但這總是無法避免的，;連接到交流電的一臺筆記本電腦就是這樣的情況。電池充電到4.20V，然后通過該裝置放電。由于該循環(huán)發(fā)生的閾值在4.20V，而且往往在升高的溫度下進行，所以電池的應力值很高。
便攜式的設備在充電時應該關閉。這使得電池不受阻礙地達到設定的閾值電壓，電流飽和時便終止充電。寄生負載通過降低電池電壓和防止電流飽和階段降低使充電器混亂。電池可以充滿電，但之后的狀況會提示繼續(xù)充電，造成內(nèi)部壓力。
鋰電池正極活性
傳統(tǒng)的鋰離子電池使用鈷、鎳、錳和鋁作為正極材料，這些正極材料的標稱電壓為3.65V。而磷酸鐵鋰（LiFePO）則是一個例外，充電到3.65V時，它的標稱電壓為3.20V。相對較新的鈦酸鋰（LTO），當充電到2.85V時，它的標稱電壓為2.40V。
現(xiàn)有的充電器相對于標準的3.60V鋰離子電池對這些新材料并不兼容。必須要制定新的標準來適應正確的系統(tǒng)和提供正確的電壓。然而3.60V鋰離子電池不能用來充為磷酸鐵鋰電池設計的充電器充電，這會導致電池過充。多元系統(tǒng)充電器必須制定一個新的標準來適應不同的電壓。
鋰電池過充
成金屬鋰形式，當正極材料變成氧化劑，就會變得不穩(wěn)定并產(chǎn)生二氧化碳。電池中壓力上升，如果繼續(xù)充電到當前中斷設備，就會讓電池在1,380kPa時安全斷開。
