采用CP-CV协议的锂离子HAWKER蓄电池在高功率下电化学性能提升

减少快速充电带来的性能下降是锂离子（Li-ion）电池面临的关键挑战。本研究中，我们设计了恒流恒定电压（CC-CV）和恒功率恒定电压（CP-CV）充电协议，以研究快速充电能力。在第350个周期，3C等效功率CP-CV（3PCV）和3C等效能量CP-CV（3CCV）的循环效率分别为86.84%和72.12%。使用dQ/dV曲线、HPPC和EIS来评估降解情况。结果表明，在高功率条件下，3PCV电池的活性损失和电阻增加显著低于3CCV电池。CP-CV协议的优越性能归因于其自适应调节充电电流的能力。本研究展示了CP-CV在提升快充性能和延长循环寿命方面的优势，并为锂离子电池优化充电协议的设计提供了指导。
电动汽车（EV）延长的充电时间仍然是消费者广泛采用的重要障碍[1,2]。尽管快充技术提供了缩短充电时间的有前景解决方案，但它们不可避免地加速了锂离子电池的劣化[3,4]。
常用的恒流恒压（CC-CV）协议就是这一困境的典型例证。充电协议由两个连续阶段组成，即恒流（CC）充电和恒压（CV）充电[5,6]。CC级保持恒定电流水平，直到电池达到其上截止电位。CV级保持电池的稳定电位偏压，确保充电速度稳定[7]。虽然该协议简化了电池充电器的设计，但并不适合快速充电。高C速率的持续充电加速了电池容量的劣化和材料劣化[[8]， [9]， [10]]。NCM/LMO电池型号在1°C、3°C和5°C下采用CC-CV充电[11]。结果显示，高充电电流（5°C）显著缩短了CC-CV协议下电池的周期寿命。这主要通过加剧锂电极和电解液分解反应，加速电池劣化，当电荷状态（SOC）超过80%时。Li等[12]指出，2C充电提升了充电效率，而更高的C速率显著加速了NCM电池的容量衰减。阳极上的锂嵌入和电镀不均匀，主要导致高电流循环下的循环劣化。这导致固体电解质界面（SEI）过度生长，增加阻抗并缩短循环寿命。金属锂沉积更容易生产，尤其是在高SOC条件下，存在安全风险。这一观察结果与Lin等[13]和Mussa等[14]的发现一致。制定合理的充电方案以平衡速度和电化学可持续性至关重要。
因此，近期研究重点是动态调制充电电流以缓解极化效应[[15]， [16]， [17]]。多级恒流（MSCC）充电协议通过多级调节逐步降低充电电流，提升充电效率同时减轻容量劣化[18]。尽管该协议提供了更大的灵活性，但由于各研究阶段数、当前过渡阈值和C率的差异，其实施常常具有挑战性。此外，近期旨在确定最佳充电电流曲线的研究，常依赖调优技术，如田口方法[19,20]或遗传算法[[21]， [22]， [23]， [24]]，这些进一步增加了实现复杂度。
恒定功率-恒定电压（CP-CV）协议因其独特的能量输入策略而备受关注[5,16]。在恒功率（CP）阶段，充电电流随着电池电压的增加逐渐减少，以保持恒定功率输出，从而避免长时间的高电流应力。CV阶段从充电电压达到截止电压时开始。它有助于补充电池容量，减轻极化效应，并提升长期骑行稳定性。一项最新研究表明，以4摄氏度当量功率充电，锂-S电池的容量劣化减少了34.07%，充电时间缩短了26.3%。CV级的缺失不仅阻碍了完全充电，还导致末期电流升高，可能加速退化[12]。为解决这些问题，本研究专注于包含心血管阶段的CP方案。Chen 等人[25]研究了由 CC-CV 充电的 NCM 电池在 1 C 和 CP-CV 等功率水平下的性能。研究发现，CP-CV协议缩短了充电时间并提高了充电效率。The LiCoO₂研究电池以评估不同健康状态（SOH）下的CP-CV和CC-CV方案[26]。结果显示，CP-CV协议在0.5摄氏度当量功率下，峰值温度上升更低，充电效率提升，且在95%单层次负荷高压（SOH）下表现显著。现有研究已证明CP-CV在1C当量功率下快速充电的优势，但其高功率性能及相关降解机制仍存在关键知识限制。