在討論動(dòng)力鋰電池充電速度的時(shí)候，電池本身的承受能力絕對(duì)是最無法繞過的一個(gè)因素。無論外圍的充電設(shè)備有多牛、功率有多大、充電能力有多強(qiáng)，假如電池本身在能夠接受的充電能力方面有短板，那么充電速度肯定就快不起來。加上電池容量又比較大的話，自然充電時(shí)間就長了。

假如你高中學(xué)過電化學(xué)方面的知識(shí)的話，就會(huì)了解動(dòng)力鋰電池充放電的過程，本質(zhì)就是電池內(nèi)部通過一系列的氧化還原反應(yīng)，來實(shí)現(xiàn)電子在正極和負(fù)極之間定向轉(zhuǎn)移。以當(dāng)下主流的鋰離子電池為例，雖然種類五花八門，但是大體的構(gòu)造無外乎包括正極材料、負(fù)極材料、隔膜、電解液等，充電的過程，基本上就是鋰離子從負(fù)極脫出，穿過隔膜和電解質(zhì)，擴(kuò)散到達(dá)正極的過程擴(kuò)散速度自然就成了充電速度的關(guān)鍵。

理論上，的確可以通過加大電流來提升充電速度。但是電流太大的話，電池內(nèi)部鋰離子的擴(kuò)散速度跟不上電子擴(kuò)散速度，就會(huì)導(dǎo)致電子-離子運(yùn)脫節(jié)，影響電池性能，能夠達(dá)到的充電容量也相應(yīng)減少，電池的壽命就更是慘不忍睹了，甚至?xí)衅鸹鸨ǖ奈ｋU(xiǎn)。

所以一般來說，在不趕時(shí)間的情況下我們建議盡量用慢充，有利于延長電池的壽命。

而鋰離子的擴(kuò)散速度，和溫度、正極材料和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。

過針刺 低溫防爆18650 2200mah

符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)

充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

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首先是溫度，一般來說溫度越高自然是擴(kuò)散速度越快，但是溫度過高的話也會(huì)導(dǎo)致電池壽命降低、充電安全性下降等問題。溫度過低的話同樣不行，氣溫過低的情況下，電池中的金屬鋰會(huì)發(fā)生沉積，從而造成電池內(nèi)部短路，尤其是磷酸鐵鋰離子電池。一般0℃時(shí)磷酸鐵鋰離子電池的容量大概只剩下60～70%左右，到了-20℃時(shí)就只剩下可憐的20～40%了。所以在氣候寒冷的北方冬季，電動(dòng)汽車必須要有給電池模組加熱的功能，由此耗電自然也更快。

其次是材料，不同的材料擴(kuò)散能力差距非常大，像鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、NCM、NCA等都是性能很不錯(cuò)的正極材料，而后兩者也是當(dāng)下性能最好、應(yīng)用普及度比較高的兩種材料了。這也是如今的鋰離子電池以正極材料命名的一個(gè)重要原因。

在電池行業(yè)的領(lǐng)域，通常會(huì)用充放電倍率來描述充電速度和電流大小的關(guān)系，譬如1小時(shí)充滿電池時(shí)的速率稱為1C，只需30分鐘的速率則稱之為2C，如此類推，超過1C就可以稱為快充。如今鋰離子電池的充電速率普遍可以做到1C-3C，最高大概可以去到5C，但是相比起動(dòng)輒10C的放電速率自然還是要差很遠(yuǎn)。

除了最大充電速率有瓶頸之外，不同SOC(StateofCharge，即荷電狀態(tài)，也就是剩余電量)下電池能夠承受的充電速率也是有差別的。一般來說，電池在充電過程的特性大致和上面這張圖類似，充電的速率會(huì)遵循慢快慢這樣的節(jié)奏。一般當(dāng)SOC達(dá)到90%以上的時(shí)候，電池的內(nèi)阻就會(huì)明顯上升，使得充電速率放慢。假如你有留意當(dāng)下在售的大部分電動(dòng)汽車，都會(huì)發(fā)現(xiàn)它們會(huì)宣傳自己在特定的快充狀態(tài)下，能夠在一個(gè)相比較較短的時(shí)間例如1小時(shí)乃至30分鐘的時(shí)間里，充滿一個(gè)大比例的電量，一般在80%-90%左右，就是這個(gè)意思。

所以假如你是一個(gè)電動(dòng)汽車用戶，想要盡可能節(jié)約充電耗時(shí)的話，盡量不要?jiǎng)虞m把電量用到10%以下，充電的時(shí)候也不一定非要充滿，達(dá)到90%以上，或者能夠滿足你下一次出行要的里程數(shù)就足夠了。

無人船智能鋰電池

IP67防水，充放電分口 安全可靠

標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測繪、無人設(shè)備

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充電設(shè)備的充電速度受什么限制?

除了電池本身的瓶頸之外，外圍的充電設(shè)備也有自身的限制。簡單來講，充電樁輸出功率越大，充電時(shí)間越短。但是充電樁也不是可以無限提高充電功率的。先來說下電動(dòng)汽車的充電大體是一個(gè)什么樣的過程。

一說到汽車充電，大家首先想到的自然就是充電樁。簡單來講，充電樁輸出功率越大、電池容量越小，充電時(shí)間自然越短。這就和要把一個(gè)水池放滿水，放水管越大、水池越小自然耗時(shí)越短是一個(gè)道理。不過作為電動(dòng)汽車用戶，當(dāng)然希望自己的電池容量也足夠大，所以提升充電樁功率自然是更應(yīng)該做的。車用的充電樁一般分為交流充電樁、直流充電樁兩種。我們分開兩種情況來講。

先講普適性比較強(qiáng)的交流充電樁。它多采用和家用電壓大小相同的220V交流充電，一般電流只有16A或者32A，充電速度相比較較慢，在電池容量20kwh左右的情況下，要大概6-8個(gè)小時(shí)才能夠充滿電。

鋰離子電池基本工作原理和結(jié)構(gòu)

電池的基本原理：正極發(fā)生還原反應(yīng)，得電子;負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，失電子。電子經(jīng)過負(fù)載，由負(fù)極流向正極，形成方向從正極到負(fù)極的電流。

介紹鋰離子電池的工作原理時(shí)，以應(yīng)用較為廣泛的18650鋰離子電芯為例，下面是發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)示意圖和公式：

先看放電過程中正極的反應(yīng)(鈷酸根先拿掉)。

1個(gè)(+1)價(jià)鋰離子<------(1-x)個(gè)(+1/(1-x))價(jià)鋰離子+x個(gè)(+1)價(jià)鋰離子+x個(gè)電子

令x=0.5，得：

1個(gè)(+1)價(jià)鋰離子<------0.5個(gè)(+2)價(jià)鋰離子+0.5個(gè)(+1)價(jià)鋰離子+0.5個(gè)電子

兩邊乘以2，得：

2個(gè)(+1)價(jià)鋰離子<------1個(gè)(+2)價(jià)鋰離子+1個(gè)(+1)價(jià)鋰離子+1個(gè)電子

再簡化：

1個(gè)(+1)價(jià)鋰離子<------1個(gè)(+2)價(jià)鋰離子+1個(gè)電子

這個(gè)公式其實(shí)是描述整體反應(yīng)，而不是描述單個(gè)個(gè)體反應(yīng)的。用簡單的話來說就是：

正極的(+1/(1-x))價(jià)(其中，0

負(fù)極的鋰原子失去電子，被氧化為(+1)價(jià)鋰離子，電子從負(fù)極流入負(fù)載回路，鋰離子通過電解質(zhì)流向正極;

又回到電池基本原理了吧。正極的核心是(+1/(1-x))價(jià)鋰離子，負(fù)極核心是鋰原子，兩者反應(yīng)生成(+1)價(jià)鋰原子，氧化還原反應(yīng)中的電子流動(dòng)形成電流。

在現(xiàn)實(shí)中制作電池時(shí)，總要物質(zhì)來承載正極的鋰離子和負(fù)極的鋰原子，就好像貨物總是要貨架的。那么鋰離子的貨架就是鈷酸根離子，與鋰離子共同構(gòu)成正極;負(fù)極的鋰原子則由帶孔石墨等材料構(gòu)成，不至于反應(yīng)后，把負(fù)極反應(yīng)沒了。正極和負(fù)極之間是電解質(zhì)和隔膜，既用于鋰離子流動(dòng)，也用于隔離正負(fù)極，防止內(nèi)部短路。

為何要講鋰離子電池的基本工作原理和結(jié)構(gòu)?后面談鋰離子電池充電、放電截至電壓和過充、過放的危害時(shí)會(huì)用到。

鋰離子電池特性

用戶最關(guān)心的鋰離子電池的特性是電容量，比如常說的2000mAh，指的是在鋰離子電池在正常工作情況下所能放出的電荷數(shù)。我們看一份鋰離子電池的規(guī)格說明書：

這塊電池比較重要的幾個(gè)參數(shù)：

容量：2500mAh

充電截止電壓：4.2V

放電截止電壓：2.5V

最大充電電流：4000mA

最大放電電流：20000mA

總之都是圍繞電池容量和充放電來考慮的。電池容量取決于負(fù)極能放出多少電子以及正極能吸收多少電子。

為何會(huì)有充電截止電壓呢，換句話來說，過壓充電后會(huì)有什么問題?在前面描述鋰離子電池結(jié)構(gòu)時(shí)提到，負(fù)極是由石墨和鋰原子組成的，其實(shí)鋰并不是以原子形態(tài)存在的，而是以鋰離子形態(tài)和石墨共存的。過壓充電后，鋰離子會(huì)析出為晶體狀鋰，無法參與充放電，導(dǎo)致電池容量減少。

為何會(huì)有放電截至電壓呢，換句話說，放電過度后會(huì)有什么問題?過度放電后，負(fù)極中的鋰離子大量流向正極，導(dǎo)致石墨空虛，部分區(qū)域發(fā)生坍塌，無法再存放鋰離子，也會(huì)導(dǎo)致電池容量減少。

具體到一個(gè)鋰離子電池，它的容量在不同放電電流和溫度下也是不同的，且隨充放電周期數(shù)增多而減少。下面是某型號(hào)鋰離子電池溫度和電池容量的關(guān)系：

下面是某型號(hào)鋰離子電池放電電流和電池容量的關(guān)系：

鋰離子電池充電

鋰離子電池的充電管理，重要是保證充電電流不能過大，不能過充，溫度合適，還要盡可能地提高充電速度。下面是一份鋰離子電池充電過程中電壓、電流和容量的變化關(guān)系圖：

以0.7C電流恒流充電，至電壓升至充電截止電壓4.2V

以充電截止電壓4.2V恒壓充電，至電流降低到55mA

這里有幾個(gè)重要參數(shù)：

恒流充電電流

恒壓充電電壓

充電截止電流(充電完成的標(biāo)志)

恒流充電電壓是固定的，絕對(duì)不可以隨便修改。恒流充電電流只要不超過最大充電電流即可，其大小會(huì)影響充電速度。充電截止電流可以自由調(diào)節(jié)，其大小會(huì)影響電池充入的電量和充電時(shí)間。

鋰離子電池放電

鋰離子電池放電時(shí)，重要是注意放電電流不要過大和不過度放電就行了。

鋰離子電池電量檢測

鋰離子電池電量檢測的核心問題是獲取剩余電量和總?cè)萘?，以提示用戶剩余充電時(shí)間和剩余放電時(shí)間，為用戶合理安排時(shí)間供應(yīng)依據(jù)。

現(xiàn)在大多數(shù)設(shè)備為了簡化設(shè)計(jì)，用電池電壓來判斷剩余電量，在要求不嚴(yán)格的場合可以接受，但是是一種不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)男袨?。電池在同一剩余電量狀態(tài)下，當(dāng)處于不同溫度、不同放電電流時(shí)，電壓時(shí)不同的。較為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖龇ㄊ墙y(tǒng)計(jì)電量。

一塊新電池安裝在設(shè)備上后，必須經(jīng)歷一次完整的放電或完整的充電。這樣做是考慮到了兩點(diǎn)：獲取電池總?cè)萘亢瞳@取當(dāng)前剩余電量。

從無電到充滿電，檢測充入電荷數(shù)，得到總?cè)萘?/p>

放電一段時(shí)間，當(dāng)前電量=前電量-放電量

充電一段時(shí)間，當(dāng)前電量=前電量+充電量

有了當(dāng)前電量，再加上當(dāng)前充電或放電電流，就可以預(yù)算剩余充電時(shí)間和放電時(shí)間;還可以結(jié)合總?cè)萘?，供?yīng)電量百分比信息。