中国研究人员提出交流诱导方法 在低温下为锂离子电池快速充电

据外媒报道，中国一研究团队提出使用交流诱导（AC incentive）方法为锂离子电池快速充电的策略。比起现有充电方法，该方法具有诸多优势。

（图片来源：MDPI）

锂离子电池

随着社会电气化和脱碳进程加快，人们迫切需要可靠的储能设备。锂离子电池具有较高的能量密度、可靠性和耐用性，在电动汽车中得到广泛使用。然而，这种电池也存在一些局限性，尤其是在低温条件下，可能出现电解液离子导电性弱、SEI膜导电性弱，以及化学反应速率低等现象。此外，由于离子在负极石墨颗粒中的扩散系数较低，其充电速度可能较慢。

在较低温度下充电的另一关键问题是，电池负极表面可能形成枝晶。锂枝晶长期积聚，可能破坏电池部件，缩短电池的使用寿命，并引发安全问题。

当前的电池低温充电策略

为了提高锂离子电池的效率、耐久性和可靠性，需要一种可靠的低温快速充电策略。近年来，研究人员开发了若干种内部和外部加热策略。

外部加热策略包括，使用液体和暖空气等方法提供必要的温度。但是，这些方法也存在一定的局限性，如温度分布不均匀、加热速率低、效率低，从而阻碍其广泛应用。

因此，人们日益关注内部加热方法，以实现快速可靠的低温充电。常用的方法包括脉冲加热、自加热和对流加热。

此项研究

此项研究提出一种创新策略，以实现在低温下对锂离子电池快速充电。该方法可以解决在这些条件下进行充电的若干常见问题，提高效率和可靠性。

该策略通过在充电过程中实现足够的温升，满足电池的充电需求。研究人员探讨充电速度和选取频率，以获得最佳充电参数。此外，还将该方法产生的容量损失和充电效率，与目前使用的CCCV（先恒流后恒压）充电方法进行了定量比较。

在研究过程中，研究人员选择使用热处理室，提供外部温度条件。电池容量由BTS 600机器校准。通过逆变器提供的交流电进行充电，对电池的充放电过程进行计算机控制，并记录数据和进行分析。借助于温度、电压和电流传感器，提供实时监测信息。

在实验室内，在0℃和5℃的外部环境温度下评估温度效应。将电池放置2小时，以确保电池温度达到环境温度。在不同的SOC（车辆蓄电池的剩余电量）和温度下，对CCCV和交流诱导充电策略进行了评估。

通过CCCV充电，将电池充电至指定SOC点，随后使用测试室进行温度调整，使其在2小时后达到所需温度。然后，使用这两种策略，将电池充电到所需的电压。在实验过程中，需要测量温度、电流和电压。

研究结果

实验结果表明，交流诱导策略适合低温快速充电。比起CCCV方法，使用交流诱导策略，达到所需充电值的速度要快20%。此外，研究人员观察到，采用交流诱导策略时，波动电压上升，导致温升更快。

与CCCV策略相比，交流诱导策略的平均温升为2-4 ℃，显著减少了在低温条件下为锂离子电池充电所需的时间。在研究中评估的所有温度和SOC条件下，采用交流策略可显著缩短充电时间。

总结

该项研究展示采用交流诱导方法为锂离子低温快速充电的优势。在所有测试条件下，交流充电法的效率均高于CCCV充电法。

研究人员指出，未来将利用这种方法在低温条件下为电动汽车充电，以评估其实用性。