关键词丨锂离子；充放电倍率
来历丨新能源Leader
导读
过充不光会引起锂离子电池的安全危险，还会导致锂离子电池的循环寿数大幅衰降。
锂离子电池首要由正极、负极、隔阂和电解液等部分组成，通过Li+在正负极的搬迁进行储能。其间在充电的进程中，Li+从正极脱出，然后嵌入到负极之中，放电的进程则正好相反，因而锂离子电池也被形象的称为“摇椅式”电池。正常使用时，正极脱出的Li能够悉数嵌入到负极之中，这一进程中副反应比较少，因而锂离子电池在正常的作业条件下具有十分优异的作业寿数，可是极点乱用的条件下，例如过充，正极会被充到很高的电压，然后脱出过量的Li，超出负极的容量，导致负极析锂。这一方面会加重电解液在负极外表的复原分化，另一方面正极的高电势也会导致电解液在正极外表很多氧化分化，因而过充不光会引起锂离子电池的安全危险，还会导致锂离子电池的循环寿数大幅衰降。
近来，中科大的DongxuOuyang（榜首作者）和Jian Wang（通讯作者）等人就对充电倍率、放电倍率和循环倍率对锂离子电池在过充条件下的衰降的影响进行了研讨，研讨标明在锂离子电池过充条件下测验时，较低的充电倍率反而会严峻的劣化锂离子电池的功能。
作者在试验中选用的为三洋的18650电池，电池电压为4.2V，电池容量为1300mAh，正极为LCO，负极为石墨，试验中选用的设备如下所示，一切的试验在20℃的环境下展开，电池外表别离张贴3个K型热电偶，用来测验电池的外表的温度。试验组织如下表所示，其间分组1首要测验了不同的循环倍率的影响，分组2首要测验了不同充电倍率的影响，分组3首要测验了不同放电倍率的影响。
下图为一个典型的锂离子电池过充进程中温度（上图T2方位）和电压等参数改变曲线，从下图能够看到正常充电进程能够分为以下几个部分：1）极化阶段，这一阶段因为极化的存在因而在施加电流后电池的电压敏捷升高，此刻电池温度呈现温度下降；2）在240s后电池进入温度平稳升高阶段，在此阶段电池温度以0.05℃／min的速度升高；3）温度安稳阶段，在这一阶段电池温度会持续升高，可是电池的温度并不会升高。一旦电池进入到过充时，电池的温度首要坚持稳定，然后忽然开端上升，终究到达峰值温度。
下图为在不同的循环倍率下对锂离子电池进行过充循环（2.75-5V）试验时电池容量的衰降趋势，从图中能够看到在较低的倍率下对电池进行过充循环时电池的衰降更为严峻，2C过充循环时电池的衰降速度为0.12%／cycle，在3C倍率下过充循环时电池容量的衰降速度仅为0.05%／cycle，而0.5C和1C循环的电池的衰降速度要远远快于2C和3C循环的电池。
下图为不同倍率下进行过充循环时电池的T2温度采样点的温度在第1次、第5次、第10次和第15次循环时电池外表温度的改变，从图中能够看到充电倍率关于电池温度的影响十分显着，大倍率充电时电池温度升高更快，一起过充形成的温度峰值也更不显着。一起从下图还能够留意到过充循环关于电池的温度特性也会发生显着的影响，在榜首次过充时电池峰值温度显着更高，而在随后的过充循环中电池的峰值温度显着变得愈加温文，标明在榜首次过充中过充导致的副反应要更为严峻。
下图为电池在过充循环进程中电池电压曲线的改变，从图中能够看到在较低的倍率下过充循环关于电池的充放电电压曲线都会发生显着的影响，首要咱们能够看到开端充电时电池的电压升高，标明电池极化添加，或许的原因有三个：一个是电池内阻的添加；一个是电池活性物质的削减；一个是活性Li的丢失。而电池在充电停止和放电停止时电池的电压曲线都显着缩短，作者在这里认为是活性Li的丢失导致的，可是从电压曲线的形状来看，应该是活性物质丢失和活性Li的丢失都存在，而且还包括部分电池内阻添加的影响。
比较于较低倍率的过充循环，较高倍率的过充循环关于电池充放电曲线的形状和方位简直没有发生显着的影响。
接下来作者调查了充电倍率和放电倍率关于电池过充衰降的影响，从下图能够看到充电倍率关于电池功能的影响更为显着，0.5C倍率充电的电池只是15个循环后电池的可逆容量就衰降到了80%以下，而1C倍率下循环19次电池容量也衰降到80%以下，2C和3C倍率过充的电池容量的衰降速度要显着的慢于低倍率下过充的电池。
从下图b能够看到放电倍率关于过充进程中电池容量衰降的影响则要弱的多，在1C倍率充电的条件下，别离以0.5C、1C、2C和3C进行放电时电池别离通过18、19、14和14次循环后电池的容量衰降到了80%以下，这首要是遭到较小的充电倍率的影响，而放电倍率关于电池衰降速度的影响比较小。
在过充的进程中过量的Li+从正极脱出，搬迁的负极外表，嵌入到负极之中，可是当过量的Li搬迁的负极外表后，无法持续迁入负极的晶体结构之中，因而就会以金属Li的方式在负极的外表分出，因而过充形成的电池容量的丢失是部分可逆的，从下图的1C过充循环后电池存储进程中的容量改变状况能够看到，在存储的进程中电池的容量逐步康复，终究康复到了1.088Ah左右的，容量康复率约6.3%，这首要是因为负极外表分出的金属锂，在存储的进程中部分又从头嵌入到石墨负极之中。
Dongxu Ouyang的研讨标明，不同于正常充放电循环，在过充条件下充电倍率越小则关于锂离子电池的寿数衰降越严峻，0.5C和1C过充将对锂离子电池发生严峻的损伤，而2C和3C过充则不会对锂离子电池发生严峻的影响。
