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：

鋰離子電池通過鋰離子在正極和負(fù)極之間的移動來存儲和釋放能量。

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

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

二、電壓的變化：

在充電開始時，由于電池內(nèi)部電阻和極化效應(yīng)的存在，電壓會相對較低。

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階段。

涓流充電階段，如果電池電壓低于3V，會先進(jìn)行預(yù)充電，此時充電電流為設(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，進(jìn)入恒流充電階段，此時提高充電電流，電池電壓隨著恒流充電過程逐步升高，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，恒流充電結(jié)束，開始恒壓充電階段，此時保持充電電壓為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，充電結(jié)束。

在放電過程中，電壓的變化趨勢與充電過程相反。放電開始時，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，鋰離子電池的電壓曲線可以分為三個階段。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)入一個緩慢變化的階段，這段時間稱為電池的平臺區(qū)，放電倍率越小，平臺區(qū)持續(xù)的時間越長，平臺電壓越高，電壓下降越緩慢。最后，在電池電量接近放完時，電池負(fù)載電壓開始急劇下降直至達(dá)到放電截止電壓。

三、電壓變動的原因：

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

2.極化效應(yīng)：在充放電過程中，電池的正負(fù)極會發(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)動力學(xué)：電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)速率也會影響電壓的變化。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)動力學(xué)等因素的影響，其電壓是會發(fā)生變動的。這種變動是電池正常工作的一部分，也是評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性能有什么影響

1.電壓與容量的關(guān)系：

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

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程中電壓隨時間變化的曲線。不同的電壓會影響放電曲線的形狀和斜率。一般來說，鋰電池的放電曲線呈現(xiàn)出一個平穩(wěn)的下降趨勢，但隨著電壓的不同，曲線的形狀和下降速度也會有所不同。這對于電子設(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，并且能夠更長時間地使用它們。然而，過高的電壓也可能導(dǎo)致電池過熱和損壞，因此需要在設(shè)計和使用過程中進(jìn)行權(quán)衡。

4.電壓與安全性的關(guān)系：

鋰離子電池的過充和過放都會影響其安全性能，甚至引發(fā)火災(zāi)等嚴(yán)重事故。電池的電壓限制是設(shè)計充電控制電路時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，可能會觸發(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：

長時間處于低電壓狀態(tài)的鋰離子電池可能會加速電池內(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其性能有著重要影響。因此，在選擇和使用鋰離子電池時，需要充分考慮電壓因素，并根據(jù)實(shí)際需求和應(yīng)用場景來選擇合適的電池類型和規(guī)格。同時，在使用過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