电池传感器使锂离子电池的充电速度提高五倍

作者：Aalyia Shaukat，特约作家

华威大学的科学家们开发了一种新方法，通过部署原位传感器系统来测量锂离子 (Li-ion) 电池的热特性。在最近发表于Electrochimica Acta的一篇论文中，对该技术的测试表明，可应用于商用 18650 电池的最大充电电流实际上是制造商规格的 6.7 倍，从而使标称充电时间减少了五倍。使用常见的恒流恒压 (CC-CV) 技术实现了更快的充电时间，而不会冒热失控和永久损坏电池的风险。

常见的充电技术充电或将电流馈入电池会迫使阴极电极处的锂离子返回阳极，使其具有足够的电化学电势来为外部电路充分供电。自然地，给电池充电会导致温度升高，进而增加电解质分解的速度。内部电解质的这种分解会导致气体积聚，从而导致潜在的灾难性压力升高。此外，将电池充电至超过规定电压会导致阳极上过多的锂金属镀层，从而刺穿隔膜材料，从而导致短路，使电池无法正常工作。

为了防止过度充电，经常使用 CC-CV 充电控制器。该策略涉及以恒定电流（通常设置为最大电池额定值的 10%）为锂离子电池充电，直到达到预定电压水平，然后提供恒定电压，直到电池几乎没有电流消耗。智能充电 IC 通过感应温度升高并相应地调整充电电流和电压来增加另一层复杂性，从而延长电池寿命。

原位传感在电池内部进行温度测试是确定锂离子电池可以处理的电流量的更精确和准确的方法。Warwick Manufacturing Group (WMG) 的团队通过将光纤布拉格光栅 (FBG) 元件安全地插入电池中来实现这一目标，而不会造成有害的化学失衡。FBG 传感器由一小段反射特定波长光的光纤组成。反射波长会随着外部压力源的变化而变化；因此，从 1,545 nm 标称波长观察到的偏移与温度偏移直接相关。FBG 热传感器穿过铝管，然后插入氟化乙烯丙烯 (FEP) 热缩材料中，以承受电气、化学、和骑自行车的机械压力源。参比电极由包裹在隔膜材料中的一条锂箔组成，以防止其与电极材料发生反应。

在循环测试期间，该小组注意到18650 电池的核心和罐之间的温度升高了 5 ° C；考虑到制造商指定的最大安全限制为 60 ° C，这是一项重要发现。进一步的测试表明，即使充电速度显着提高，电池仍将远低于热失控阈值。当然，这是以牺牲电池寿命为代价的。 

“这项技术现在已经准备好应用于商用电池，但我们需要确保车辆上的电池管理系统以及电动汽车的基础设施能够适应可变充电率，其中包括这些新的更精确调整的配置文件/限制，”第一作者 Tazdin Amietszajew 博士说。原位热传感技术可应用于各种电池充电和监控应用。温度传感已被用作评估充电/放电条件下电池状态的关键参数。

图片来源：华威大学

审核编辑 黄昊宇