真低溫鋰離子電池與傳統(tǒng)充電戰(zhàn)略的對比

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

近來，英國華威大學的UpenderRao Koleti（榜首作者，通訊作者）經(jīng)過對充電戰(zhàn)略的優(yōu)化，下降了鋰離子電池在低溫充電時析鋰的風險，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極析鋰，而負極析鋰檢測的難點在于負極電位的檢測。下圖為常見的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，從下圖負極的對Li電位改變情況，可以看到在恒流充電的晚期，負極的電位下降到0V以下，標明負極初步分出金屬Li。

常見的檢測負極電位的辦法是三電極法，也便是在正負極之外再增加一個金屬Li參照電極，但是這種辦法是一種破壞性的辦法，會對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勘探負極析鋰，從上圖咱們可以看到，在充電的進程中因為負極電位低于0V，因此會導致負極析鋰，隨后在停止充電后負極的電位初步上升，此刻負極外表分出的金屬Li初步重新嵌入到負極之中，因此會導致負極在這一進程中電位堅持穩(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程，假定電池發(fā)作了析鋰則會在電壓曲線上呈現(xiàn)一個小的途徑（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判別鋰離子電池在充電的進程中是否發(fā)作析鋰。

為了避免負極析鋰的發(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將電池直接充電至截止電壓，而是首先充電至一個中心電壓Vtc，然后避免構(gòu)成負極析Li，隨后初步進行恒壓充電知道電流下降到0.25C，然后繼續(xù)以0.25C的倍率對電池進行恒流充電，直到電池的終究電壓達到4.2V。

在上述的充電戰(zhàn)略中，中心的難點在于怎樣供認恒流充電的終止電壓Vtc，假定這一電壓定的太低，則會導致電池的充電時刻大大延伸，假定定的太高則會導致負極析鋰。作者為了供認Vtc的詳細數(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)過測量電池在每次循環(huán)中的容量衰降的辦法，經(jīng)過調(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Vtc的值。

試驗中選用的電池為NCA/石墨體系電池，容量為3.1Ah，試驗分組如下表1所示，表4位試驗電池測得到的初始容量數(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50次循環(huán)后電池的容量就現(xiàn)已衰降到了80%左右，抵達壽數(shù)終止條件。選用靜置電壓法供認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步，循環(huán)50次后容量堅持率約為90%。而選用容量衰降辦法供認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)的前兩次因為未供認合適的Vtc導致電池發(fā)作析鋰，因此對電池的循環(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)衰降和安全風險增加的重要原因，Upender Rao Koleti的作業(yè)標明咱們可以經(jīng)過改動低溫充電戰(zhàn)略的辦法避免低溫充電的進程中負極析鋰，并且該辦法可以經(jīng)過在線測量的辦法供認合適的Vtc值，在最大化下降充電時刻的同時，保證負極不發(fā)作析鋰現(xiàn)象。

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