如何對高電壓鋰離子電池組進(jìn)行充電，有哪些方法？

鋰離子電池充電方法

1.首先，未正式投入使用的鋰電池要在正式使用之前做好3-5次完整的充放電。因為在電池出廠時，廠家會給鋰電池進(jìn)行預(yù)充，因此在大家第一次使用時會有一定的余電，所以需要大家在使用時進(jìn)行完全充放電。

2.鋰電池在充電之前不需要特意去放電，放電不當(dāng)?shù)脑挄?dǎo)致電池過度放電，影響電池的后續(xù)使用，所以大家在充電時盡量要做到慢充充電，盡量不要使用快充。而且充電時間最好不要超過24小時，電池充滿后及時移除充電器，鋰電池過度充電也會影響電池性能。

3.鋰電池的充電器盡量選擇原裝充電器或是有品牌保證的充電器，并按照充電指示進(jìn)行充電，否則會對電池造成影響，嚴(yán)重甚至?xí)斐砂踩珕栴}。

4.新買的鋰電池還有一項特殊的隱藏要求，那就是前3-5次充電一般是電池的調(diào)整期，充電14小時以上才會激發(fā)鋰電池的活性。而且雖然鋰電池沒有記憶效應(yīng)，但是鋰電池?fù)碛泻軓姷亩栊裕诔浞旨せ钪蟛趴梢员ＷC鋰電池發(fā)揮最大效能。

鋰電池快速充電方法

鋰電池的快速充電方式有幾種，針對不同的需要主要可以分為脈沖充電、Reflex充電，和智能充電三種。而且不同的電池類型，快速充電方式也是不相同的。

1.脈沖充電

脈沖充電方式主要有三個階段：預(yù)充、恒流充電和脈沖充電。在充電過程中，以恒定電流對鋰電池進(jìn)行充電，部分電流會隨之直接轉(zhuǎn)移到鋰電池內(nèi)部。當(dāng)鋰電池的電壓增至4.2v，也就是上限電壓之后，會進(jìn)入到脈沖充電模式。

2.Reflex快速充電法

Reflex快速充電法又被稱為反射充電法或是打嗝充電法。這種充電方法主要也是分為三個階段：正向充電、反向瞬間放電和停充。這種方式在一定程度上可以解決電池極化的現(xiàn)象，同時加快電池充電速度。但是，對電池也存在一定的損耗，反向放電會縮短鋰電池壽命。

3.智能充電法

智能充電法在三種充電方法里是比較先進(jìn)的充電方法。主要應(yīng)用du/dt和di/dt控制技術(shù)，來控制充電電流。通過檢查電池電壓以及電流的增量來合理判斷電池目前的充電狀態(tài)，動態(tài)跟蹤電池可以接受的最大電流限度，并不斷調(diào)整，以達(dá)到快充的效果。

以上就是鋰電池的相關(guān)充電方法以及快充方式。鋰電池的快充或多或少都會影響到電池的后續(xù)性能，還是要正常充電才能將鋰電池的效能最大化，并且不影響電池壽命。

信息產(chǎn)業(yè)和電子技術(shù)的發(fā)展，對化學(xué)電源提 出了新的要求：輕型化、長壽命、高比能等。相 比于其他的二次電池體系，鋰離子電池具有自放電小、能量密度高(100 Wh/kg以上)、工作電壓高(3.5 V以上)、循環(huán)壽命長(1000次以上)和環(huán)境友好等優(yōu)點，滿足發(fā)展對綠色電池的需求。

高安全、高比能的鋰離子電池是近年來的研究熱點，而其中的電解液成為該領(lǐng)域中的研究重點之一。鋰離子電池電解液一般由有機溶劑、電解質(zhì)鋰鹽及添加劑組成。

1 有機溶劑

常見的有機溶劑主要由碳酸乙烯酯、碳酸丙 烯酯、碳酸二甲酯和碳酸二乙酯等組成。

碳酸丙烯酯在商業(yè)電池中使用較早，但其對 石墨類碳的兼容性較差，難以在石墨類碳電極表面形成有效的SEI膜，易于溶劑化的 Li+共嵌入石墨層間，使石墨片層剝離。研究發(fā)現(xiàn)，在PC中加入少量鄰苯二酚碳酸酯，可抑制其在石墨負(fù)極的分解;丙烯亞硫酸酯(PS)或乙烯亞硫酸酯(ES)或氯代碳酸乙烯酯(Cl-EC)，可抑制其插入石墨電極，并有利于生成 SEI膜，提高電極的可逆循環(huán)性能。

碳酸乙烯酯具有較高的介電常數(shù)，在高度石墨化碳材料表面會形成致密的分解產(chǎn)物 ROCO2Li。然而，碳酸乙烯酯的熔點(37℃)較高，其在低溫條件下不易溶解，需與其他溶劑配合使用，如在碳酸乙烯酯中加入摩爾比1:1的甲基乙烯酯(MA)，可以提高低溫性能。

鏈狀碳酸酯具有低介電常數(shù)、低黏度等特點，一般不能單獨使用，作為共溶劑或與配合碳酸酯使用。國內(nèi)常用的電解液體系有 EC+DEC、 EC+DMC、EC+DMC+DEC 、EC+DMC+EMC 等。

2 鋰鹽

無機陰離子鋰鹽主要有四氟硼酸鋰(LiBF4)、六氟砷酸鋰(LiAsF6)、高氯酸鋰(LiClO4)和六氟磷酸鋰(LiPF6)。LiBF4 在有機溶劑中的電導(dǎo)率較低，不易在鋰離子電池中大規(guī)模應(yīng)用。由于As有毒性，且LiAsF6售價較貴，其使用也受到了一定的限制。LiClO4在實驗室的基礎(chǔ)研究中應(yīng)用較 為廣泛，但由于其具有強氧化性，且在碰撞時容易發(fā)生爆炸，在工業(yè)上為了安全考慮，也已限制應(yīng)用。

LiPF6是目前鋰離子電池中應(yīng)用最為廣泛的 鋰鹽，但是其在空氣中不穩(wěn)定，易于水發(fā)生反應(yīng)生成HF;在電解液中也會產(chǎn)生微量的 LiF和PF5，對電池的性能產(chǎn)生影響。

有機陰離子鋰鹽包括硼基類鋰鹽、磺酸鋰鹽、 烷基鋰鹽、亞胺鋰鹽和含P鋰鹽。Xu等使用LiBOB作為鋰鹽，電池在70℃高溫下保持良好的循環(huán)性能。

烷基鋰鹽LiC(SO2CF3)3在-30～340℃間較穩(wěn)定，其電化學(xué)窗口在4.0 V以上，電導(dǎo)率 可達(dá)到10-3 S/cm，但制備有難度。

3 功能添加劑

目前，國內(nèi)外紛紛開展了對功能添加劑的研 究，對功能添加劑的研究主要集中在以下幾個方面：成膜添加劑、防過充添加劑和阻燃添加劑。

3.1 成膜添加劑

SEI膜的基本組成為有機鋰鹽(ROCO2Li等) 和無機鋰鹽(Li2O、Li2CO3、LiF和LiOH等)。

目前商業(yè)化的鋰離子電池中均采用VC作為 成膜添加劑，其還原電位高于EC、PC等，可以優(yōu)先分解，在負(fù)極表面成膜。胡等研究發(fā)現(xiàn)電解液中的少量Li2CO3能抑制EC、PC 等有機溶劑的分解，且有助于SEI膜的致密生長。

Chen等發(fā)現(xiàn)三聚氟化乙烯在PC體系中，可以穩(wěn)定SEI膜的形成，還是一種非常有效的電解液阻燃劑。

3.2 防過充添加劑

根據(jù)防過充的作用原理，防過充添加劑可分 為聚合型和氧化還原型。聚合型防過充添加劑的使用原理是，當(dāng)電池內(nèi)部電壓達(dá)到一定值時，發(fā)生電聚合反應(yīng)，釋放氣體，從而激活電流阻斷設(shè)備(CID)，且聚合產(chǎn)物會附在陰極表面，抑制電極進(jìn)一步過充。常見的防過充聚合型添加劑有：聯(lián)苯(BP)、苯乙烷(CHB)和三聯(lián)苯(TP)。氧化還原型防過充添加劑的工作原理，是在過充時正負(fù)極之間發(fā)生循環(huán)氧化還原反應(yīng)。

He等將功能添加劑環(huán)乙基苯(CHB)與三 (β-氯甲基)磷酸酯(TCEP)加入到1mol/L LiPF6/(EC+EMC +DMC，1:1:1)的電解液體系中，發(fā)現(xiàn)添加劑有很好的兼容性和協(xié)同作用，電池可承受150℃高溫和1C/10V的過充。朱等將5%CHB和二甲苯(DMB) 添加劑加入到LiPF6/(EC+DEC +DMC，1:1:1)的電解液體系中，實驗表明在CHB和DMB分別在4.70 V、4.66 V發(fā)生電聚合反應(yīng)，聚合產(chǎn)物附在隔膜表面，阻止了過充時反應(yīng)的進(jìn)行。

3.3 阻燃添加劑

鋰離子電池在極端條件下使用時，也存在安 全隱患。在電解液中加入高閃電、高沸點和不易燃的溶劑可達(dá)到阻燃的效果。Zhang等將三-(2，2，2-三氟代乙基)亞磷酸鹽(TTFP)加入到LiPF6電解液中，發(fā)現(xiàn)TTFP能與PF5發(fā)生較弱作用形成化合物，能顯著提升鋰離子電解質(zhì)的燃燒性。

4 前景展望

近年來，鋰離子電池電解液朝著高安全、低 成本、高電導(dǎo)率的方向發(fā)展。電解液的鋰鹽、溶劑及添加劑間存在著相互制約的關(guān)系，若開發(fā)新型電解液往往要考慮這三者間的相容性。再者，針對電池的應(yīng)用場合和工況的不同，需有針對性地開發(fā)不同應(yīng)用要求的電解液?？傊?，開

鋰離子電池由于工作電壓高、體積小、質(zhì)量輕、無記憶效應(yīng)、無污染、自放電小、循環(huán)壽命長，是一種理想電源。在實際使用中，為了獲得更高的放電電壓，一般將至少兩只單體鋰離子電池串聯(lián)組成鋰離子電池組使用。目前，鋰離子電池組已經(jīng)廣泛應(yīng)用于筆記本電腦、電動自行車和備用電源等多種領(lǐng)域。

因此如何在充電時將鋰離子電池組使用好顯得尤為關(guān)鍵，現(xiàn)將鋰離子電池組常用的幾種充電方法以及本人認(rèn)為的最適合的充電方法試述如下：

普通的串聯(lián)充電

目前鋰離子電池組的充電一般都采用串聯(lián)充電，這重要是因為串聯(lián)充電方法結(jié)構(gòu)簡單、成本低、較容易實現(xiàn)。但由于單體鋰離子電池之間在容量、內(nèi)阻、衰減特性、自放電等性能方面的差異，在對鋰離子電池組串聯(lián)充電時，電池組中容量最小的那只單體鋰離子電池將最先充滿電，而此時，其他電池還沒有充滿電，假如繼續(xù)串聯(lián)充電，則已充滿電的單體鋰離子電池就可能會被過充電。

而鋰離子電池過充電會嚴(yán)重?fù)p害電池的性能，甚至可能會導(dǎo)致爆炸造成人員傷害，因此，為了防止出現(xiàn)單體鋰離子電池過充電，鋰離子電池組使用時一般配有電池管理系統(tǒng)(BatteryManagementSystem，簡稱BMS)，通過電池管理系統(tǒng)對每一只單體鋰離子電池進(jìn)行過充電等保護(hù)。串聯(lián)充電時，假如有一只單體鋰離子電池的電壓達(dá)到過充保護(hù)電壓，電池管理系統(tǒng)會將整個串聯(lián)充電電路切斷，停止充電，以防止這只單體電池被過充電，而這樣會造成其他鋰離子電池?zé)o法充滿電。

經(jīng)過多年的發(fā)展，磷酸鐵鋰動力鋰電池由于具有較高的安全性、很好的循環(huán)性能等優(yōu)勢，已經(jīng)基本能滿足電動汽車特別是純電動轎車的要求，工藝上也基本具備了大規(guī)模生產(chǎn)的條件。然而，磷酸鐵鋰離子電池的性能與其他鋰離子電池存在著一定的差異，特別是其電壓特點與錳酸鋰離子電池、鈷酸鋰離子電池等不同。以下是磷酸鐵鋰與錳酸鋰兩種鋰離子電池的充電曲線與鋰離子脫嵌對應(yīng)關(guān)系的比較：

圖1錳酸鋰離子電池鋰離子脫嵌與充電曲線對應(yīng)關(guān)系

圖2磷酸鐵鋰離子電池鋰離子脫嵌與充電曲線對應(yīng)關(guān)系

從上圖的曲線不難看出，磷酸鐵鋰離子電池在快充滿電時，鋰離子幾乎完全從正極脫嵌到負(fù)極，電池端電壓會快速上升，出現(xiàn)充電曲線的上翹現(xiàn)象，這樣會導(dǎo)致電池很容易達(dá)到過充電保護(hù)電壓。因此磷酸鐵鋰離子電池組中某些電池充不滿電的現(xiàn)象相對錳酸鋰離子電池組而言會更為明顯。

另外，雖然有些電池管理系統(tǒng)帶有均衡功能，但由于從成本、散熱、可靠性等多方面考慮，電池管理系統(tǒng)的均衡電流一般遠(yuǎn)小于串聯(lián)充電的電流，因此均衡效果不是很明顯，也會出現(xiàn)某些單體電池充不滿電的情況，這關(guān)于要大電流充電的鋰離子電池組，例如電動汽車用的鋰離子電池組而言則更為明顯。

例如，將100只放電容量都為100Ah的鋰離子電池串聯(lián)起來組成電池組，但假如成組前其中99只單體鋰離子電池荷電80Ah，另外1只單體鋰離子電池荷電100Ah，將此電池組進(jìn)行串聯(lián)充電時，其中荷電100Ah的那只單體鋰離子電池會先充滿電，從而達(dá)到過充保護(hù)電壓，為了防止這只單體鋰離子電池被過充電，電池管理系統(tǒng)會將整個串聯(lián)充電電路切斷，也就使得其他99只電池?zé)o法充滿電，從而整個電池組放電容量也就只有80Ah。

一般電池廠家出廠時測試容量時是將單體電池先恒流充電再恒壓充電，然后恒流放電從而測出放電容量。一般放電容量約等于恒流充電容量加上恒壓充電容量。而實際電池組串聯(lián)充電過程中對單體電池而言一般沒有恒壓充電過程，所以恒壓充電容量就會沒有，電池組容量就會小于單體電池容量。而一般充電電流越小，恒壓充電容量比例越小，電池組損失容量越小，因此又發(fā)展出了電池管理系統(tǒng)和充電機協(xié)調(diào)配合串聯(lián)充電的模式。

發(fā)高安全性、低溫性能、耐高溫性能、高倍率、長循環(huán)壽命的電解液始終是今后電解液發(fā)展的方向。