鋰離子電池在充電和放電原理

一、鋰離子電池的基本工作原理：

鋰離子電池通過(guò)鋰離子在正極和負(fù)極之間的移動(dòng)來(lái)存儲(chǔ)和釋放能量。

在充電過(guò)程中，外部電源迫使鋰離子從正極移動(dòng)到負(fù)極，存儲(chǔ)在負(fù)極材料中。

在放電過(guò)程中，鋰離子從負(fù)極釋放并移動(dòng)到正極，釋放能量供設(shè)備使用。

二、電壓的變化：

在充電開(kāi)始時(shí)，由于電池內(nèi)部電阻和極化效應(yīng)的存在，電壓會(huì)相對(duì)較低。

隨著充電的進(jìn)行，電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)逐漸趨于平衡，電壓逐漸升高，直至達(dá)到充電截止電壓。

以三元鋰電池為例，它的充電過(guò)程可以分為涓流充電（低壓預(yù)充）、恒流充電、恒壓充電以及充電終止四個(gè)階段。

涓流充電階段，如果電池電壓低于3V，會(huì)先進(jìn)行預(yù)充電，此時(shí)充電電流為設(shè)定電流的1/10，電壓緩慢上升。當(dāng)電池電壓上升到涓流充電閾值以上時(shí)，進(jìn)入恒流充電階段，此時(shí)提高充電電流，電池電壓隨著恒流充電過(guò)程逐步升高，一般單節(jié)電池設(shè)定的此電壓為3.0~4.2V。當(dāng)電池電壓升到4.2V時(shí)，恒流充電結(jié)束，開(kāi)始恒壓充電階段，此時(shí)保持充電電壓為4.2V，充電電流逐漸下降。當(dāng)電流下降至設(shè)定充電電流的1/10時(shí)，充電結(jié)束。

在放電過(guò)程中，電壓的變化趨勢(shì)與充電過(guò)程相反。放電開(kāi)始時(shí)，電壓較高，隨著鋰離子的消耗和電池內(nèi)部電阻的影響，電壓逐漸降低，直至達(dá)到放電截止電壓。

放電時(shí)，鋰離子電池的電壓曲線可以分為三個(gè)階段。在初始階段，端電壓快速下降，放電倍率越大，電壓下降得越快。然后，電池電壓進(jìn)入一個(gè)緩慢變化的階段，這段時(shí)間稱為電池的平臺(tái)區(qū)，放電倍率越小，平臺(tái)區(qū)持續(xù)的時(shí)間越長(zhǎng)，平臺(tái)電壓越高，電壓下降越緩慢。最后，在電池電量接近放完時(shí)，電池負(fù)載電壓開(kāi)始急劇下降直至達(dá)到放電截止電壓。

三、電壓變動(dòng)的原因：

1.電池內(nèi)部電阻：電池在充放電過(guò)程中會(huì)表現(xiàn)出一定的內(nèi)阻，這會(huì)導(dǎo)致電壓的降低。

2.極化效應(yīng)：在充放電過(guò)程中，電池的正負(fù)極會(huì)發(fā)生極化現(xiàn)象，即電極表面的電荷分布不均，導(dǎo)致電壓的變化。

3.化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)：電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)速率也會(huì)影響電壓的變化。反應(yīng)速率越快，電壓變化越迅速；反之，則越緩慢。

鋰離子電池在充電和放電過(guò)程中，由于電池內(nèi)部電阻、極化效應(yīng)以及化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等因素的影響，其電壓是會(huì)發(fā)生變動(dòng)的。這種變動(dòng)是電池正常工作的一部分，也是評(píng)估電池性能和健康狀態(tài)的重要指標(biāo)之一。

四、鋰離子電池的電壓變化對(duì)性能有什么影響

1.電壓與容量的關(guān)系：

一般來(lái)說(shuō)，電池的容量與其電壓成正比。這意味著，隨著電壓的提高，電池的容量也會(huì)相應(yīng)增加，從而能夠儲(chǔ)存更多的能量。因此，高電壓的鋰離子電池通常具有更長(zhǎng)的使用時(shí)間。

2.電壓與放電曲線的關(guān)系：

放電曲線是鋰離子電池在使用過(guò)程中電壓隨時(shí)間變化的曲線。不同的電壓會(huì)影響放電曲線的形狀和斜率。一般來(lái)說(shuō)，鋰電池的放電曲線呈現(xiàn)出一個(gè)平穩(wěn)的下降趨勢(shì)，但隨著電壓的不同，曲線的形狀和下降速度也會(huì)有所不同。這對(duì)于電子設(shè)備的正常使用和電池電量的準(zhǔn)確顯示非常重要。

3.電壓與充放電速度的關(guān)系：

電壓較高的鋰離子電池能夠更快地充電和放電。這意味著如果我們使用高電壓的鋰電池，我們可以更快地將電子設(shè)備充滿電，并且能夠更長(zhǎng)時(shí)間地使用它們。然而，過(guò)高的電壓也可能導(dǎo)致電池過(guò)熱和損壞，因此需要在設(shè)計(jì)和使用過(guò)程中進(jìn)行權(quán)衡。

4.電壓與安全性的關(guān)系：

鋰離子電池的過(guò)充和過(guò)放都會(huì)影響其安全性能，甚至引發(fā)火災(zāi)等嚴(yán)重事故。電池的電壓限制是設(shè)計(jì)充電控制電路時(shí)需要考慮的重要因素之一，以確保電池的安全使用。當(dāng)電池電壓超出正常范圍時(shí)，可能會(huì)觸發(fā)電池的保護(hù)機(jī)制，如斷電或短路保護(hù)，以防止電池?fù)p壞或發(fā)生安全事故。

5.電壓變化的其他影響：

長(zhǎng)時(shí)間處于低電壓狀態(tài)的鋰離子電池可能會(huì)加速電池內(nèi)部的有害化學(xué)反應(yīng)進(jìn)程，如電解液的分解、活性物質(zhì)的脫落等，這些都會(huì)導(dǎo)致電池容量的不可逆衰減。

低電壓還可能引起電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)的微觀變化，如電極材料的膨脹和收縮不均等，進(jìn)一步加劇電池的老化和性能退化。

鋰離子電池的電壓變化對(duì)其性能有著重要影響。因此，在選擇和使用鋰離子電池時(shí)，需要充分考慮電壓因素，并根據(jù)實(shí)際需求和應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)選擇合適的電池類型和規(guī)格。同時(shí)，在使用過(guò)程中也需要注意電池的電壓狀態(tài)，以確保電池的安全性和穩(wěn)定性。

充電芯片選型；1/10充電可以選用XT4052 XT4077 帶OVP的可以選用NS2159 

                        1/5充電可選用TP4065帶OVP的可以選用TP4083