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可提高锂离子电池安全性的新型充电方案

可提高锂离子电池安全性的新型充电方案
来源:我爱方案网 时间:2013-07-15

【导读】在现在科技社会中,智能手机、笔记本电脑中的锂离子电池完全占优势,主要在于其能量密度高、体积小、重量轻。但是锂离子电池得安全性和使用寿命,却在无形中阻碍了他的发展。本文从充电器角度,为大家带来一种新型的可提高锂离子电池安全性的新型充电方案,延长寿命还降低充电器成本。

锂离子电池以其能量密度高、体积小、重量轻等优点,在手机、笔记本电脑市场已经完全取代其他电池,占有率几乎达到了100%。目前,锂电池正迅速延伸至电动工具及其他的应用中,它广阔的市场前景也越来越得到业界的认同。不过,与镍氢、镍镉、铅酸电池相比,要更快地推动锂离子电池的应用和发展,还必须不断提高它的安全性和使用寿命。本文将从充电器角度,讨论一种新型的充电解决方案以提高锂电池的安全性,延长电池使用寿命,同时降低充电器的成本。

在使用电池的过程中,常会听到电池业者这样的一句话:“电池使用中坏的少,更多的是被充坏的”。这句话我们可以理解为,不正确的充电条件或方法将更容易损害电池、降低电池的寿命。以18650钴酸锂离子电池为例,当充电过温,在70℃左右:电解质界面(SEI)模开始分解并发热;120℃左右:电解质、正极开始热分解,造成析气并使温度迅速上升;在到260℃左右:电池爆炸。或充电过压,以过压5.5V来看,容易使锂金属析出,溶剂被氧化,温度上升,产生恶性循环,甚至电池着火、爆炸。因此,针对如何充电,共同来探讨下面几个重要的问题。

为什么需要预充功能

电池工作电压从2.5V(碳负极电池:3V,电量为0%)到 4.2V(电量为100%)。当电压小于2.5V时,电池放电终止。同时因为放电回路关闭使内部保护电路的电流损耗也降为低。当然,实际应用中由于不同的内部材质,放电终止电压可在2.5V-3.0V范围。当电压超过4.2V时,充电回路终止,以保护电池安全;而当单体电池工作电压降到3.0V以下,我们即可认为过放电状态,放电回路终止,以保护电池安全。所以电池不用时,应将电池充电20%的电量,再进行防潮保存。

由于锂离子电池具有较高的能量比,因此在电池使用中要严格避免过充,过放的现象。过放会导致活性物质的恢复困难,此时如果直接进入快速冲电模式 (大电流),会对电池产生损害,影响使用寿命并可能因此带来安全隐患。先以小电流(C/10)充到2.5V至3.0V,再转换成快充是必要的。

虽然目前锂离子电池在应用中都带有保护板,在通常的情况下,发生过放的几率会很小,但不加预充功能,在这两种情况下的情况还是可能带来过放的隐患。一是保护板失效,二是长时间放置(5%-10%/月)的自放电率。因此小电流预充可以有效解决过放电池的充电问题。

但是,充电电流并非越大越好。以单体锂离子电池为例,它的充电方式都包括恒流、恒压充电过程,恒压通常为4.2V(以LiCoO2电池为例),恒流设置值为0.1C~1C。虽然大电流的充电会缩短充电时间,但也会造成电池生命周期的缩短和容量的降低,因此我们需选择恰当的恒流值进行充电。

下面是一个4.2V/900mAH LiCoO2电芯的不同电流充电与电池容量的关系曲线(图1),可以看出大约500个充放周期后,小电流充电的电池容量明显大于大电流充电的电池容量。


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