為什么鋰離子電池充電需要3個階段？

鋰離子電池是現(xiàn)金便攜式電子產(chǎn)品最常見的選擇，與其他類型電池相比，鋰離子電池重量輕，沒有記憶效應(yīng)，與鎳氫電池相比，鋰離子電池有兩倍的能量密度，自放電率低6-8倍。當(dāng)使用鋰離子電池進(jìn)行應(yīng)用設(shè)計時，最重要的是要理解它在充放電過程中的特性以確保應(yīng)用的安全，同時保障使用時間的最優(yōu)化。業(yè)界已經(jīng)形成了對鋰離子電池進(jìn)行充電時的三階段策略：預(yù)充電、恒流充電和恒壓充電

為什么需要進(jìn)行3個階段？

一、 如下圖為鋰離子電池的容量、循環(huán)壽命和充電電壓之間的關(guān)系，縱軸為電池容量，橫軸為循環(huán)壽命次數(shù)，可以看出充電截止電壓越高，循環(huán)壽命更短，容量下降也更快

二、 如下圖為鋰離子電池的容量、循環(huán)壽命和放電電流之間的關(guān)系，縱軸為電池容量，橫軸為循環(huán)壽命次數(shù)，可以看出對于充電速率越大，容量衰減速度越快

三、鋰離子電池化學(xué)特性

在充電的過程中，在充電器施加的外電場作用下，Li+從正極LiCoO2中脫出進(jìn)入電解液并向負(fù)極移動，依次進(jìn)入石墨組成的負(fù)極，在那兒形成LiC化合物。如果充電速度過快，會使得Li+來不及進(jìn)入負(fù)極柵格，在負(fù)極附近的電解液中就會聚集Li+，這些靠近負(fù)極的Li+很可能從負(fù)極俘獲一個電子成為金屬Li。持續(xù)的金屬鋰生成會在負(fù)極附近堆積、長大成樹枝狀的晶體，俗稱枝晶。另一種情形，隨著負(fù)極的充滿程度越來越高，LiC晶格留下的空格越來越少，從正極移動過來的Li+找到空格的機(jī)會就越來越小，所需時間就越來越長，如果充電速度不變的話，一樣可能在負(fù)極表面形成局部的Li+堆積。

因此，在充電的后半段必須逐步縮小充電電流。枝晶的長大最終會刺破正負(fù)級之間的隔膜，形成短路。可以想象，充電的速度越快越危險，充電終止的電壓越高也越危險，充電的時間越長也越危險。如果你不能想象電池內(nèi)部發(fā)生的狀況，請把這個電池想象成肥皂泡，你往肥皂泡中吹入氣體的過程就相當(dāng)于給電池充電的過程，如果你吹得太快，肥皂水形成的水膜擴(kuò)張速度趕不上氣體吹入的速度時，肥皂泡就很容易破裂了。

預(yù)充電（Precharge）發(fā)生在電池電壓比較低時，對于大多數(shù)鋰離子電池來說，這個電壓通常定義在2.9V~3V以下，此時的充電電流一般容許在C/10以下。

恒流充電的電流大多設(shè)定在1C左右（按照500個使用循環(huán)后容量衰減至初始容量的80%確定）。在恒壓充電階段，電流將逐漸下降，下降到一定程度（通常是C/10）以后，我們可以認(rèn)為電池已經(jīng)充滿了，充電過程將截止。

最后一個階段被稱為補(bǔ)充階段，它實際上是恒流階段和恒壓階段的組合。它是為了彌補(bǔ)電池自放電和其它與它相連的負(fù)載的消耗而造成的電容量下降的彌補(bǔ)措施，這樣做是為了保證在電池（及由其構(gòu)成的系統(tǒng)）和充電設(shè)備分離時總是處于盡可能充滿電的狀態(tài)。

另外，電池所處的溫度對充電策略會有重大影響。由于構(gòu)成電池的材料在不同溫度下的特性不同，電池的容量、合適的充電電壓也發(fā)生了巨大的變化。

參考文獻(xiàn)：

https://www.richtek.com/Design%20Support/Technical%20Document/AN023?sc_lang=zh-CN