锂离子电池在充电和放电原理

一、锂离子电池的基本工作原理：

锂离子电池通过锂离子在正极和负极之间的移动来存储和释放能量。

在充电过程中，外部电源迫使锂离子从正极移动到负极，存储在负极材料中。

在放电过程中，锂离子从负极释放并移动到正极，释放能量供设备使用。

二、电压的变化：

在充电开始时，由于电池内部电阻和极化效应的存在，电压会相对较低。

随着充电的进行，电池内部的化学反应逐渐趋于平衡，电压逐渐升高，直至达到充电截止电压。

以三元锂电池为例，它的充电过程可以分为涓流充电（低压预充）、恒流充电、恒压充电以及充电终止四个阶段。

涓流充电阶段，如果电池电压低于3V，会先进行预充电，此时充电电流为设定电流的1/10，电压缓慢上升。当电池电压上升到涓流充电阈值以上时，进入恒流充电阶段，此时提高充电电流，电池电压随着恒流充电过程逐步升高，一般单节电池设定的此电压为3.0~4.2V。当电池电压升到4.2V时，恒流充电结束，开始恒压充电阶段，此时保持充电电压为4.2V，充电电流逐渐下降。当电流下降至设定充电电流的1/10时，充电结束。

在放电过程中，电压的变化趋势与充电过程相反。放电开始时，电压较高，随着锂离子的消耗和电池内部电阻的影响，电压逐渐降低，直至达到放电截止电压。

放电时，锂离子电池的电压曲线可以分为三个阶段。在初始阶段，端电压快速下降，放电倍率越大，电压下降得越快。然后，电池电压进入一个缓慢变化的阶段，这段时间称为电池的平台区，放电倍率越小，平台区持续的时间越长，平台电压越高，电压下降越缓慢。最后，在电池电量接近放完时，电池负载电压开始急剧下降直至达到放电截止电压。

三、电压变动的原因：

1.电池内部电阻：电池在充放电过程中会表现出一定的内阻，这会导致电压的降低。

2.极化效应：在充放电过程中，电池的正负极会发生极化现象，即电极表面的电荷分布不均，导致电压的变化。

3.化学反应动力学：电池内部的化学反应速率也会影响电压的变化。反应速率越快，电压变化越迅速；反之，则越缓慢。

锂离子电池在充电和放电过程中，由于电池内部电阻、极化效应以及化学反应动力学等因素的影响，其电压是会发生变动的。这种变动是电池正常工作的一部分，也是评估电池性能和健康状态的重要指标之一。

四、锂离子电池的电压变化对性能有什么影响

1.电压与容量的关系：

一般来说，电池的容量与其电压成正比。这意味着，随着电压的提高，电池的容量也会相应增加，从而能够储存更多的能量。因此，高电压的锂离子电池通常具有更长的使用时间。

2.电压与放电曲线的关系：

放电曲线是锂离子电池在使用过程中电压随时间变化的曲线。不同的电压会影响放电曲线的形状和斜率。一般来说，锂电池的放电曲线呈现出一个平稳的下降趋势，但随着电压的不同，曲线的形状和下降速度也会有所不同。这对于电子设备的正常使用和电池电量的准确显示非常重要。

3.电压与充放电速度的关系：

电压较高的锂离子电池能够更快地充电和放电。这意味着如果我们使用高电压的锂电池，我们可以更快地将电子设备充满电，并且能够更长时间地使用它们。然而，过高的电压也可能导致电池过热和损坏，因此需要在设计和使用过程中进行权衡。

4.电压与安全性的关系：

锂离子电池的过充和过放都会影响其安全性能，甚至引发火灾等严重事故。电池的电压限制是设计充电控制电路时需要考虑的重要因素之一，以确保电池的安全使用。当电池电压超出正常范围时，可能会触发电池的保护机制，如断电或短路保护，以防止电池损坏或发生安全事故。

5.电压变化的其他影响：

长时间处于低电压状态的锂离子电池可能会加速电池内部的有害化学反应进程，如电解液的分解、活性物质的脱落等，这些都会导致电池容量的不可逆衰减。

低电压还可能引起电池内部结构的微观变化，如电极材料的膨胀和收缩不均等，进一步加剧电池的老化和性能退化。

锂离子电池的电压变化对其性能有着重要影响。因此，在选择和使用锂离子电池时，需要充分考虑电压因素，并根据实际需求和应用场景来选择合适的电池类型和规格。同时，在使用过程中也需要注意电池的电压状态，以确保电池的安全性和稳定性。

充电芯片选型；1/10充电可以选用XT4052 XT4077 带OVP的可以选用NS2159 

                        1/5充电可选用TP4065带OVP的可以选用TP4083