锂离子电池充电指南：充电曲线及安全

锂离子电池充电指南：充电曲线及安全

锂离子电池作为一种广泛应用的二次电池，其正确的充电方式对于延长电池寿命和确保使用安全至关重要。本文将详细介绍锂离子电池的充电原理、充电曲线以及相关的安全知识，帮助读者更好地理解和使用锂离子电池。

锂离子电池是一种二次电池（充电电池），它主要依靠在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。

理论上的充电曲线

理想的CCCV(恒流恒压）锂电池充电曲线图：

• 红线：充电电量
• 蓝线：充电电流
• 灰线：电压

当电池电压低于3.5V时，采用固定电流充电，直到电压达到4.2V左右(CC)。
电压到4.2V,这时保证电压恒定的情况继续充电，电流逐渐下降。
电流下降到最小值，充电一段时间，确认电池充满电，停止充电。

充电器充电曲线实现

1. 预充电阶段（激活CCCV充电）

1. 充电器启动及短路/开路判断（不同的充电电路有不同的方法）

• 一种以串联很小的电流（1mA),负载，检查电池电压是否稳定，如果电池电压在有效范围内波动，则启动充电流程,如果电池电压不稳定，则判断是否为开路或短路（根据电压或电池温度电阻来判断）

2. 预充电

• 当电池过放电时，电压小于2V左右，电池电压过低，充电器通过很小的电流给电池充电，一般电池为恒流充电电流的0.1倍或更小，通过一段时间判断电池电压是否变化，如电池电压不变化表示，电池已坏或处于短路状态（电压为0），充电器停止充电。
• 此过程另外短路充电阶段，电池电压逐步升高，此时充电器适当输出充电电流，直到单节电池电压达到3.0V，大约10%的完全充电电流进行短时间“预调节”充电。这样可以防止电池过热，造成电池寿命或安全事故等.

3. 快速充电阶段（恒流CC）

• 当电池电压大于3V左右，此时根据电池容量，通常以0.5 C或更低的恒定电流对电池充电直到电池电压达到4.1 V或4.2 V（取决于具体电化学情况）。

4. 恒压充电（CV)

• 当电池电压达到4.1V或4.2 V时，充电器切换到“恒压”阶段以杜绝过度充电。出色的电池充电器可以平稳地管理从恒流到恒压的转换，以确保达到最大容量，而不会产生损坏电池的风险。保持恒压会逐渐降低电流，直到达到约0.1 C，此时充电终止。如果充电器与电池保持连接，则会定期“充满”电以抵消电池自放电。通常在电池的开路电压降至3.9 V至4 V以下时启动满充充电，并在再次达到4.1 V至4.2 V的满充电压时终止充电。

5. 过充介绍

• 过度充电会严重降低电池寿命并具有潜在的危险性。一旦离子不再移动，施加到电池的大部分电能就会转换成热能。这样会造成过热，有可能由于电解质脱气而导致爆炸。因此，电池制造商倡导采用精确控制和适当的充电器安全功能

电池安全知识

1. 过充对电池的影响：

• 充电电压越高，初始容量越大
• 电压越高，寿命越短

2. 工作时间/温度影响：

上图可以看出

• 时间越久，容量下降更快
• 工作温度越高，容量下降越快

3. 电池内阻：

• 100次充放电周期后的容量变化空载容量减少小于1%
• 100次充放周期后，内阻增加1倍
• 双阻抗可将运行时间减少7%

4. 充电器不足的影响

充电不足虽然不危险，但也可能对电池容量产生不利影响。例如，1%的充电不足就会使电池容量减少约8%。

不到百分之一的充电不足可以使锂离子电池容量显著降低。因此，务必要精确测量充电期间的最终电压。由于这些原因，充电器应将最终电压控制在4.1 V或4.2 V的±50 mV范围内，并能够检测电池何时充满电。检测方法包括确定在恒定电压阶段期间电流何时降至0.1 C。对于更基本的充电器，则仅充电预定的时间并假定电池完全充满。许多充电器还包括用于测定电池温度的装置，以便在超过阈值时可以停止充电。