真低温锂离子电池与传统充电战略的对比

锂离子电池经过Li+在正负极之间的搬家完成储能和放电，但是Li+在正负极之间搬家遭到温度很大的影响，特别是低温下因为正负极的动力学条件变差，以及电解液粘度上升，电导率下降等要素会导致锂离子电池功能急剧下降，导致锂离子电池低温无法放电，更为严重的是低温充电极易导致负极析锂，不但会构成电池容量极速衰降，还会构成严重的安全隐患。目前尽管有不少锂离子电池声称低温电池，但是实际上都是指的可以在低温下进行放电，依然需要将电池康复到常温下进行充电，以避免负极析锂。

近来，英国华威大学的UpenderRao Koleti（榜首作者，通讯作者）经过对充电战略的优化，下降了锂离子电池在低温充电时析锂的风险，相比于传统的CC-CV充电战略，两种新的充电战略可以分别下降45%和70%的锂离子电池低温充电引起的容量衰降。

锂离子电池低温充电的中心在于避免负极析锂，而负极析锂检测的难点在于负极电位的检测。下图为常见的CC-CV充电战略的电压、电流曲线，电池首先按照3A（1C）恒流充电至4.2V，然后恒压充电至电流下降到0.75A，从下图负极的对Li电位改变情况，可以看到在恒流充电的晚期，负极的电位下降到0V以下，标明负极初步分出金属Li。

常见的检测负极电位的办法是三电极法，也便是在正负极之外再增加一个金属Li参照电极，但是这种办法是一种破坏性的办法，会对锂离子电池的状况产生影响。因此，作者在这里选用了一种非破坏性的办法来勘探负极析锂，从上图咱们可以看到，在充电的进程中因为负极电位低于0V，因此会导致负极析锂，随后在停止充电后负极的电位初步上升，此刻负极外表分出的金属Li初步重新嵌入到负极之中，因此会导致负极在这一进程中电位坚持稳定，反应在电池电压上也便是在充电完毕后电压下降的进程，假定电池发作了析锂则会在电压曲线上呈现一个小的途径（如上图b所示），因此可以依据锂离子电池电压曲线的形状来判别锂离子电池在充电的进程中是否发作析锂。

为了避免负极析锂的发作，作者在这里选用三段式的充电办法，也便是CC-CV-CC办法，在这一形式中榜首阶段的恒流充电并不会将电池直接充电至截止电压，而是首先充电至一个中心电压Vtc，然后避免构成负极析Li，随后初步进行恒压充电知道电流下降到0.25C，然后继续以0.25C的倍率对电池进行恒流充电，直到电池的终究电压达到4.2V。

在上述的充电战略中，中心的难点在于怎样供认恒流充电的终止电压Vtc，假定这一电压定的太低，则会导致电池的充电时刻大大延伸，假定定的太高则会导致负极析锂。作者为了供认Vtc的详细数值，作者选用了两种办法：一种是前面提到的调查电池静置电压曲线的办法；一种是经过测量电池在每次循环中的容量衰降的办法，经过调整Vtc的办法将电池在每次循环中的电压衰降降到最低，然后供认Vtc的值。

试验中选用的电池为NCA/石墨体系电池，容量为3.1Ah，试验分组如下表1所示，表4位试验电池测得到的初始容量数据，可以看到9只电池一致性较好。

下图a为选用三种充电战略的电池循环功能曲线，可以看到选用一般CC-CV充电原则的A电池衰降速度最快，在经过50次循环后电池的容量就现已衰降到了80%左右，抵达寿数终止条件。选用静置电压法供认Vtc的CC-CV-CC充电战略B电池的低温循环功能得到了显著的进步，循环50次后容量坚持率约为90%。而选用容量衰降办法供认Vtc的CC-CV-CC充电战略的C电池则表现最好，循环52次后容量衰降仅为6%。电池B在循环的前两次因为未供认合适的Vtc导致电池发作析锂，因此对电池的循环功能有必定的影响，所以电池B和C尽管选用相似的充电战略，低温循环功能上依然有必定的区别。

低温充电析锂是构成锂离子电池循环寿数衰降和安全风险增加的重要原因，Upender Rao Koleti的作业标明咱们可以经过改动低温充电战略的办法避免低温充电的进程中负极析锂，并且该办法可以经过在线测量的办法供认合适的Vtc值，在最大化下降充电时刻的同时，保证负极不发作析锂现象。

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