科普帖——锂离子电池在充电和放电过程中，其电压居然是变动的？

一、锂离子电池的基本工作原理：

锂离子电池借由锂离子在正极与负极间的穿梭来蓄积与释放能量。充电时，外部电力驱动锂离子由正极流向负极，存储于负极材质中；放电时，锂离子则从负极释放，重返正极，途中释放能量供设备驱动。

二、电压的变化：

充电初期，受电池内阻与极化效应影响，电压略显低迷。随着充电深入，电池内部化学反应渐趋平衡，电压逐步攀升，直至触及充电上限。

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。

涓流阶段，若电池电压低于3V，则以预设电流的十分之一进行预热，电压缓缓上升；一旦电压跃升至涓流阈值之上，便进入恒流快充，电流增强，电压随之攀升，通常单节电池此阶段电压设定在3.0至4.2V间；当电压达4.2V，恒流阶段结束，转为恒压充电，电压恒定于4.2V，而电流逐渐减小；直至电流降至预设电流的十分之一，充电圆满结束。放电过程中，电压走势与充电相反，初时电压高起，随锂离子消耗及内阻作用，电压缓缓下滑，直至放电下限。

三、电压变动的原因：

1.电池内阻：充放电间，电池展现一定内阻，导致电压损耗。

2.极化现象：电极表面电荷分布不均，引发电压波动。

3.化学反应动力学：电池内部反应速率影响电压变化速率，快慢之间，电压亦随之起伏。

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：

电压提升，电池容量随之增加，储能能力增强，使用时间延长。

2.电压与放电曲线的关系：

放电曲线反映电压随时间变迁，电压差异导致曲线形态与斜率变化，对设备使用与电量显示至关重要。

3.电压与充放电速度的关系：

高电压加速充放电进程，但需警惕过热风险，需在性能与安全间寻求平衡。

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。

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。

电池安全保障

动力蓄电池系统的崛起为现代交通工具和能源存储提供了强大的动力源，但也伴随着一些潜在的危险。防爆阀作为关键的安全装置，在防止电池内部短路引发的危险事件中发挥着不可替代的作用。

防爆阀的诞生

为了避免电池内部短路引发的潜在灾难，工程师们引入了防爆阀作为动力蓄电池系统的一部分。防爆阀的基本工作原理是在能量集中爆发时，能够迅速释放能量，以防止电池包爆炸。

防爆阀的工作原理——快速能量释放

防爆阀的核心功能是在电池内部短路等危险事件发生时，迅速将电池内部的能量释放到外部。这是通过阀门机制实现的，该机制通常由一个可燃气体释放阀门和一个可燃气体储存单元组成。

当电池内部发生短路时，温度急剧升高，导致储存单元内的可燃气体迅速升温并扩张。一旦气体达到一定压力，可燃气体释放阀门将打开，将气体释放到外部环境中。这一过程非常迅速，能够在潜在危险变得严重之前迅速将能量转移出去。

（电池防爆阀爆开图）

防止能量集中

防爆阀的另一个重要功能是防止能量集中在电池包的特定区域。如果没有防爆阀，电池内部短路可能导致能量在电池包最薄弱的位置集中释放，这将增加爆炸的风险。通过将能量迅速转移到外部环境，防爆阀可以分散能量，降低了爆炸的概率。

防爆阀的重要性

安全性：防爆阀在动力蓄电池系统中的重要性无法被低估。它们是确保电动车辆和其他电池应用的安全性的关键因素。在电池内部短路等危险事件发生时，防爆阀能够迅速应对，防止严重的事故发生。

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