文◎周守斌、孙庆、孙克宁、戴云飞
（江苏省储能材料工程技术研究中心、江苏华孚控股集团有限公司企业院士工作站）
摘要：本文主要从放电容量、放电中值电压、充电时间、恒流容量百分比四个方面研究充电限制电压从3.25V变化到3.85V对磷酸铁锂电池性能的影响。 实验结果表明，对于磷酸铁锂材料制成的锂离子电池，采用恒流恒压充电方案，充电限制电压设置在3.55~3.70V比较合理，推荐值为3.60~ 3.65V。
锂离子电池工作电压高（是镍镉电池、镍氢电池的3倍）、比能量大（可达165Wh/kg，是镍氢电池的3倍）、体积小、重量轻、循环寿命长、自动放电率低、无记忆效应、无污染等诸多优点。 锂离子电池中，磷酸铁锂电池更有前景。 虽然这种电池的比能量不如钴酸锂电池，但安全性很高。 单节电池循环次数可达2000次，放电稳定。 因此，磷酸铁锂电池是目前非常有前景的锂离子电池。
无论哪种电池，为了最大限度地发挥其性能，充电方案和充电参数的探索和选择都是必不可少和关键的。 目前锂离子电池普遍采用恒流恒压充电方案，涉及充电电流、充电限制电压、充电截止电流三个充电参数。 在相同充电方案的前提下，不同的充电参数不仅会影响电池在使用过程中的性能，甚至会影响电池在使用过程中的安全性。 但笔者查阅了多家国产电芯的产品规格，发现各家公司的充电极限电压差异较大，从3.6V到3.80V不等。
为此，本文在固定充电电流和充电截止电流两个参数的前提下，重点研究充电限制电压对磷酸铁锂电池性能的影响。
1实验计划
(1)选取5个出厂合格且规格3.的磷酸铁锂电池作为检验样品。
(2)将5块电池放在台上，在不同的充电极限电压下进行充放电测试。
（3）检测设备：深圳市鑫威电子有限公司生产的高精度电池性能测试系统，规格型号为CT-TF。
（4）充放电方案：1/3C（3.333A）电流恒流充电。 当电池电压达到所考察的充电极限电压后，转为恒压充电。 当充电电流降至0.01C（0.1A）时，充电后放置10分钟，进入恒流放电阶段，以1C（10A）电流进行恒流放电，放电截止电压为2.0V ，放电完成后静置10分钟。 这是一个循环。 容量恢复和稳定阶段充放电循环的充电极限电压为3.65V。
（5）测试计划：首先进行7次充电循环，判断电芯是否异常，使其容量达到稳定状态。 然后在不同的充电极限电压下进行充放电循环。 充电限制电压检测范围为3.25~3.85V，每0.05V作为一个检测点。 每个检查点进行5次充放电循环，将5次检查参数的平均值作为检查数据。
（6）检查项目：放电容量（mAh）、中值放电电压（mV）、充电时间（s）、恒流容量百分比、安全性。
2测试结果与讨论
2.1 充电限制电压对电池放电容量的影响
放电容量统计结果如表1所示，以3.65V时的放电容量为参考值，并与其他检查点的检查数据进行比较。 取5个样品各检验点检验数据的平均值，绘制图表，如图1所示。
从表1和图1可以看出，当充电限制电压不低于3.40V时，容量损失不会超过1.1%，而当充电限制电压提高到3.55V以上时，容量损失仅为0.3%以内。
2.2 充电限制电压对放电中值电压的影响
不同充电限制电压下的放电中值电压如表2所示，并绘制了5个样品在不同检测点的放电中值电压和平均值，如图2所示。
从表2和图2可以看出，对放电容量的影响有些类似。 在3.25V至3.40V之间，随着充电极限电压的升高，放电中值电压显着升高。 它从 3068.6mV（3.25V 时）上升到正常值 3173.3mV（3.40V 时）。 中值放电电压在3.40~3.85V之间基本保持不变，波动范围（1~2mV）在测试系统的误差范围内。 因此，从放电中值电压来看，当充电极限电压高于3.40V时，放电中值电压基本稳定。
2.3 充电限制电压对恒流容量百分比（CC%）的影响
恒流容量百分比包含了电池的许多电化学性能，如快速充电能力、充电过程中的极化大小等，因此对该参数的研究是必要的。
如图3和表3所示。当充电限制电压低于3.45V时，CC%低于90%。 3.40V 时仅为 77.3%。 当充电极限电压高于3.45V时，其CC%已达到近94.1%。 当达到3.55V时，对应的CC%为96.1%，与3.85V时的CC%仅相差0.6%。 在 3.60V 时，差异减小至 0.3%。 。 在3.55V以上，其3.65V时的相对CC%（以3.65V时的CC%为标准除以其他参考点的CC%得到的结果）也在99.6%以上。 因此，考虑到CC%的影响，充电限制电压在3.55V以上较为理想。
2.4 充电限制电压对充电时间的影响
恒流恒压充电模式下，当充电容量接近时，CC%越大，整体充电时间越短。 结合2.3中对CC%的影响，图4基本体现了这一规律。 当充电限制电压较低时（
2.5 充电限制电压对安全的影响
关于电池的安全性，我们总是希望充电电压越低越好。 当然，前提是保证其他性能发挥最优。
3实验结论
综合考虑放电容量、放电中值电压、充电时间、恒流容量百分比、安全性五个方面，采用恒流恒压充电方案。 对于磷酸铁锂电池，充电限制电压设置在3.55~3.70V比较合理，推荐值为3.60~3.65V。