因目前鋰離子電池技術(shù)發(fā)展趨于穩(wěn)定，促使便攜式電子設(shè)備及電動(dòng)車(chē)產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，造成全球?qū)τ阡囯x子電池的需求量日益增加，然而長(zhǎng)期使用鋰離子電池產(chǎn)品，將會(huì)使電池內(nèi)部材料老化而導(dǎo)致蓄電量降低，導(dǎo)致產(chǎn)品使用一段時(shí)間后就須更換新的電池。目前市面常見(jiàn)的充電方法為定電流-定電壓(CC-CV)充電法，然而此充電法于定電流(CC)充電段即將結(jié)束時(shí)，會(huì)造成電池內(nèi)部固態(tài)電解質(zhì)介面(SEI)的生成，使電池內(nèi)可循環(huán)的鋰離子損失，導(dǎo)致電池循環(huán)壽命下降。
臺(tái)灣大學(xué)凝態(tài)科學(xué)研究中心陳柏端等應(yīng)用密度泛函理論對(duì)于磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池內(nèi)部鋰離子移動(dòng)情形進(jìn)行分析計(jì)算，建立一正弦波充電模型，此模型于充電過(guò)程中引入一負(fù)電壓來(lái)抑制鈍化層的生成。
研究人員以電動(dòng)車(chē)用電池容量低于80%就需汰換的標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)比較弦波充電法與傳統(tǒng)CC-CV充電法的電池電容量，并對(duì)電池以大電流充放電的方式來(lái)模擬電動(dòng)車(chē)使用情境，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)CC-CV充電法于600次循環(huán)后就達(dá)80%容量，而使用弦波充電法的電池還有剩余95%的電容量，說(shuō)明弦波充電法對(duì)于電池使用壽命上有延長(zhǎng)的功效。
另外，對(duì)于從電動(dòng)車(chē)上淘汰下來(lái)的電池以弦波充電法充電，也能夠提升最多18.7%的電容量。弦波充電于充電過(guò)程中，電池溫度上升最多9 °C，且充電時(shí)間僅需傳統(tǒng)CC-CV充電法時(shí)間的一半，其表現(xiàn)皆?xún)?yōu)于傳統(tǒng)CC-CV充電法。
為驗(yàn)證弦波充電法對(duì)于電池內(nèi)部SEI膜阻抗的影響情形，研究人員利用電化學(xué)阻抗圖譜(EIS)對(duì)電池進(jìn)行分析，結(jié)果顯示使用此充電法進(jìn)行600次循環(huán)后的電池比起使用傳統(tǒng)CC-CV的電池，有效抑制了SEI膜的成長(zhǎng)，并能保持與全新電池內(nèi)部阻抗相近的水平，說(shuō)明此充電法對(duì)于鋰離子電池內(nèi)部材料結(jié)構(gòu)的破壞情形較小，而能提供電池更長(zhǎng)的使用壽命，故此充電法將提供鋰離子電池產(chǎn)品使用者更好的選擇。
該論文作者為：Po-Tuan Chen, Fang-Haur Yang, Zhong-Ting Cao, Jyun-Ming Jhang, Hong-Min Gao, Mo-Hua Yang, K. David Huang
