鉅大LARGE | 點擊量：1728次 | 2021年05月18日
鋰離子電池基本原理解析和充電及放電機制
電池充電最重要的就是這三步：
第一步：判斷電壓<3V，要先進行預充電，0.05C電流；
第二步：判斷3V<電壓<4.2V，恒流充電0.2C~1C電流；
第三步：判斷電壓>4.2V，恒壓充電，電壓為4.20V，電流隨電壓的新增而減少，直到充滿。
一、鋰離子電池
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
1、簡述鋰離子電池以及工作原理
鋰離子電池自1990年問世以來，因其卓越的性能得到了迅猛的發展，并廣泛地應用于社會。鋰離子電池以其它電池所不可比擬的優勢迅速占領了許多領域，象大家熟知的移動電話、筆記本電腦、小型攝像機等等。
目前鋰離子電池公認的基本原理是所謂的搖椅理論。鋰離子電池的沖放電不是通過傳統的方式實現電子的轉移，而是通過鋰離子在層壯物質的晶體中的出入，發生能量變化。在正常沖放電情況下，鋰離子的出入一般只引起層間距的變化，而不會引起晶體結構的破壞，因此從沖放電反映來講，鋰離子電池是一種理想的可逆電池。在沖放電時鋰離子在電池正負極往返出入，正像搖椅相同在正負極間搖來搖去，故有人將鋰離子電池形象稱為搖椅電池。
我們經常說的鋰離子電池的優越性是針關于傳統的鎳鎘電池（Ni/Cd）和鎳氫電池（Ni/MH）來講的。具有工作電壓高比能量大循環壽命長自放電率低無記憶效應等優點。
2、鋰離子電池日常使用過程中的常識
（1）、誤區：電池激活，前三次充電12小時以上
關于鋰離子電池的激活問題，眾多的說法是：充電時間一定要超過12小時，反復做三次，以便激活電池。這種前三次充電要充12小時以上的說法，明顯是從鎳電池（如鎳鎘和鎳氫）延續下來的說法。所以這種說法，可以說一開始就是誤傳。經過抽樣調查，可以看出有相當一部分人混淆了兩種電池的充電方法。
鋰離子電池和鎳電池的充放電特性有非常大的差別，所查閱過的所有嚴肅的正式技術資料都強調過充和過放電會對鋰離子電池、特別是液體鋰離子電池造成巨大的傷害。因而充電最好按照標準時間和標準方法充電，特別是不要進行超過12個小時的超長充電。通常，手機說明書上介紹的充電方法，就是適合該手機的標準充電方法。
（2）、不益長時間充電、電池完全用完再充電
鋰離子電池的手機或充電器在電池充滿后都會自動停充，并不存在鎳電充電器所謂的持續10幾小時的涓流充電。假如鋰離子電池在充滿后，放在充電器上也是也不再充電。
超常時間充電和完全用空電量會造成過度充電和過度放電，將對鋰離子電池的正負極造成永久的損壞，從分子層面看，過度放電將導致負極碳過度釋出鋰離子而使得其片層結構出現塌陷，過度充電將把太多的鋰離子硬塞進負極碳結構里去，而使得其中一些鋰離子再也無法釋放出來。
（3）、電池壽命
有關鋰離子電池充放電循環的實驗表，有關循環壽命的數據列出如下(DOD是放電深度的英文縮寫)：
循環壽命(10％DOD)：>1000次
循環壽命(100％DOD)：>200次
從上面數據可見，可充電次數和放電深度有關，10％DOD時的循環壽命要比100％DOD的要長很多。當然假如折合到實際充電的相對總容量10％*1000=100，100％*200=200，后者的完全充放電還是要比較好一些。但是鋰離子電池的壽命重要體現在充放電周期上，這個周期是一個絕對概念，上次使用了30％電力，充滿電，下次又使用了70％的電力，又充滿電，這個剛好是一個充電周期。所以還是遵循鋰離子電池發明者的口號即用即充，即充即用的方法使用鋰離子電池。
（4）、定期深度充放電進行電池校準
鋰離子電池一般都帶有管理芯片和充電控制芯片。其中管理芯片中有一系列的寄存器，存有容量、溫度、ID、充電狀態、放電次數等數值。這些數值在使用中會逐漸變化。使用說明中的使用一個月左右應該全充放一次的做法重要的用途應該就是修正這些寄存器里不當的值。
二、鋰離子電池的充電方式是限壓橫流方式
重要分三步完成：
第一步：判斷電壓<3V，要先進行預充電，0.05C電流；
第二步：判斷3V<電壓<4.2V，恒流充電0.2C~1C電流；
第三步：判斷電壓>4.2V，恒壓充電，電壓為4.20V，電流隨電壓的新增而減少，直到充滿。
其實今天我就是這一點有些不懂，在網上查了一下，然后上面那些做為常識了解。
充電開始時，應先檢測待充電電池的電壓，假如電壓低于3V，要先進行預充電，充電電流為設定電流的1/10，一般選0.05C左右。電壓升到3V后，進入標準充電過程。標準充電過程為：以設定電流進行恒流充電，電池電壓升到4.20V時，改為恒壓充電，保持充電電壓為4.20V。此時，充電電流逐漸下降，當電流下降至設定充電電流的1/10時，充電結束。
一般鋰離子電池充電電流設定在0.2C至1C之間，電流越大，充電越快，同時電池發熱也越大。而且，過大的電流充電，容量不夠滿，因為電池內部的電化學反應要時間。就跟倒啤酒相同，倒太快的話會出現泡沫，反而不滿。
術語解釋：充放電電流一般用C作參照，C是對應電池容量的數值。電池容量一般用Ah、mAh表示，如M8的電池容量1200mAh，對應的C就是1200mA。0.2C就等于240mA。
三、鋰離子電池的放電，對電池來說，正常使用就是放電過程
鋰離子電池放電只要注意很少的幾點：
1、放電電流不能過大，過大的電流導致電池內部發熱，有可能會造成永久性的損害；
2、絕對不能過放電！鋰離子電池最怕過放電，一旦放電電壓低于2.7V，將可能導致電池報廢。
所以，一般情況下電池大負荷工作后，減少負荷會出現電壓回升現象，就是所說的回電現象。
前驅的宋EV電動SUV、燃油版宋以及全輪驅動的混動版宋，與秦、唐、元構成了比亞迪王朝系列。與在售的秦、唐等車型匹配的磷酸鐵鋰離子電池不同的是，宋EV以及相繼推出的秦80、唐100等車型匹配全新的鎳鈷錳系三元鋰離子電池。
宋EV使用的三元鋰離子電池歸屬于鎳鈷錳材質，而以特斯拉為代表的眾多電動汽車搭載的三元鋰離子電池多采用鎳鈷鋁材質。
實際上采用鎳鈷鋁材質的三元鋰離子電池也是日本、南朝鮮等電池廠重點推薦。自2016年八月份，因樸槿惠在南朝鮮部署薩德系統之后，我國開始對南韓系電池廠利用電池目錄進行制裁，眾多我國車廠紛紛棄用鎳鈷鋁系三元鋰離子電池，而轉用由本土廠商生產的動力鋰電池。
暫且不提鎳鈷鋁系材質與鎳鈷錳系材質長短板，日韓系動力鋰電池廠商難以在短時間內獲得進入我國政府頒布的電池目錄，或意味著這鎳鈷鋁系三元鋰離子電池難以在我國市場大規模推廣。
此前，王傳福曾宣布，比亞迪堅持使用磷酸鐵動力鋰電池。2015-2016年，比亞迪在T3（商EV）以及e5車型上搭載磷酸鐵錳鋰離子電池。這款綜合磷酸鐵鋰離子電池高穩定性、鎳鈷鋁系三元鋰離子電池的較高能量密度的中間性動力鋰電池，并未在隨后比亞迪制造新能源車型匹配。甚至全新的秦EV和e5繼續裝配的是改進的磷酸鐵鋰離子電池。
雖然，鎳鈷鋁和鎳鈷錳系鋰離子電池已經成為三元鋰系動力鋰電池兩大發展方向，那么比亞迪為何要棄用磷酸鐵錳鋰離子電池，而選用全新的鎳鈷錳動力鋰電池？
要了解所有三元鋰系動力鋰電池能量密度高于磷酸鐵鋰離子電池，但是電池穩定性以及安全性相對較低。這也是為何特斯拉采用鎳鈷鋁動力鋰電池接二連三的出現自燃事故的根源（實際上與18650電池個體和連接方式有著較大關聯）。
為何明了解三元鋰離子電池存在穩定性的不足，比亞迪還要堅持使用？
技術為王的比亞迪，2016電池總產量將會增至10GWH，2017年三元鋰系動力鋰電池產量將提升至6GWH。很明顯，比亞迪將會將動力鋰電池生產份額逐步分配給三元鋰系動力鋰電池，受政策影響，新能源商用車（大巴）仍將強制匹配磷酸鐵鋰離子電池。而銷量逐步提升的比亞迪K系列電動大巴對磷酸鐵鋰離子電池的需求仍將擴大。
，相對2014年開始流行的三元鋰系動力鋰電池被眾多車廠采用，比亞迪遲遲在2016年才開始匹配自行研發與生產的鎳鈷錳系三元鋰離子電池，或為磷酸鐵鋰離子電池仍具有相當發展潛力，并通過提升裝車量而持續降低成本。但也不能排除，比亞迪在比對改進的磷酸鐵錳鋰離子電池優缺點，更具性能優勢鎳鈷錳系三元鋰離子電池長短板后，決定使用三元鋰系動力鋰電池。
而衡量磷酸鐵、磷酸鐵錳、鎳鈷錳系電池后，促使比亞迪選擇三元鋰系動力鋰電池的關鍵因素，必定是找到了安全效能、能量密度和制造成本平衡點。
磷酸鐵鋰離子電池發到今天，實驗室狀態下電芯電壓或可提升至3.7V、能量密度突破160WH/KG。在實際裝車狀態下，電芯電壓通常維持在3.2（3.3）V、能量密度在110-120WH/KG。假如在裝車狀態繼續提升相關參數，制造成本將會大幅提升（包括控制策略復雜度、安全防護效能）而失去市場競爭優勢。
三元鋰系動力鋰電池發展到今天，裝車狀態的電芯電壓基本突破3.7V、電池能量密度或突破160WH/KG。
很明顯，兩種動力鋰電池優劣狀態明顯。現在入場的比亞迪之所以選擇鎳鈷錳系鋰離子電池作為宋EV300車型以及未來多款新能源汽車動力源，在相當程度上克服了安全性與能量密度矛盾。或通過電池配方進行源頭層面進行主動掌控、或通過電池控制系統（BMS）的完善進行被動掌控。
看似比亞迪使用三元鋰系動力鋰電池裝備宋EV300，背后卻折射出堅持驅動電機、動力鋰電池和控制系統堅持自行研發、自行制造發展模式所具備的強大發展潛力，性能和成本控制的優勢。裝備三元鋰系動力鋰電池的宋EV以及其他車型，也將對競爭對手持續保持更高性價比優勢，并較大程度改善以往搭載磷酸鐵鋰離子電池車輛低溫充放電效能不佳的問題。
雖然電池目錄的出臺，抑制了日韓系三元鋰系動力鋰電池在大陸市場的侵蝕，但也要看清本土動力鋰電池廠，與三星SDI、LG三元鋰系動力鋰電池能量密度突破250WH/KG巨大差距。
