锂离子电池如何快速安全充电

充电策略关于锂离子电池的衰降具有重要的影响，因此合适的充电策略不但能够实现快速充电，还能够将快充对电池的负面影响降到最低。

锂离子电池的衰降机理比较复杂，在该模型中作者重要包含了两类；1）电解液在负极表面的分解，生成Li2CO3和（CH2OCO2Li）2等成分，在负极表面形成SEI膜；2）金属Li在负极表面析出，这一方面会消耗活性Li，另一方面也会导致负极的活性面积降低。

电极-电解液界面处的电化学反应可以用Butlrt-Volmer方程进行表述，其中as,int为嵌入反应的面积，ηint为颗粒表面的过电位，i0,int为交换电流密度，

颗粒表面的过电位可以用下式进行表述，其中φs和φe分别为电极表面和电解液的电位，Ueq,int为平衡电位，JLitotal为界面总的反应速度，包含嵌锂反应、界面副反应和负极析锂等。

关于电极界面副反应，我们仍然可以采用Butlrt-Volmer方程进行表述，

由于界面副反应不可逆，并且还原分解占主导地位，因此上式10也可以改写为下式所示形式

同样的负极析锂的过程也可以采用Butlrt-Volmer方程进行表述，金属Li在负极表面析出重要是因为负极表面的过电势比较大，因此负极对Li电位低于0V，导致负极析锂。

负极析锂反应的过电势可以用下式进行表述，

因此锂离子电池在使用的过程由于SEI膜的持续生长和负极表面析锂引起的活性Li的损失就可以通过对两种副反应速度进行积分的方式获得，如下式所示。

根据上述模型，并进行降阶处理后，作者对一个39Ah的大尺寸软包电池进行了模拟，电池按照2C倍率恒流充电至4.2V，然后恒压充电至电流下降到C/40，然后以1C倍率恒流放电至电流下降到3.0V，循环过程中电池容量保持率与循环次数之间的关系如下图a所示，放电过程中的电压曲线变化如下图b所示。从图中我们能够看到这一模型很好的模拟了锂离子电池在循环过程中的衰降，两者之间的误差小于1%。

根据模型，作者分析了循环过程中容量损失的来源，从图中能够看到在循环过程中重要的容量损失来自于副反应造成的活性Li的损失，直到循环300次以后才开始出现析锂。

5C倍率充电的电池循环数据，能够看到开始时电池呈线性衰降模式，但是在60次以后就开始出现容量衰降的加速，根据模型分析在60次循环之前电池内的容量损失重要是来自于副反应导致的活性Li的损失，在60次以后开始出现负极析锂。

上述电池在循环过程中靠近隔膜处的电池极化情况，从图中能够看到随着电池老化程度的新增，电池的极化也在明显新增，在循环60次后负极已经开始出现负的电势，表明此时开始析锂，随着老化的继续新增电池析锂的现象更为严重，从而导致电池开始出现容量加速衰降的现象。