从电池的角度深入探讨这个问题,我们以实验室正在蓝电测试系统上运行的一款三元扣式半电池为例。在特定条件下(0.1C,2.7-4.3V,25℃)进行充放电测试,没有恒压过程。一个有趣的发现是在充电过程中,当电压充至预设的4.3V后,电池静置两分钟,电压会下降到4.24V,这暗示着电池其实并未完全充满,电压并未稳定在4.3V。当充放电速率提升至0.5C时,这种电压下降的现象更为明显。这种现象主要源于极化效应。

常见的锂离子电池结构复杂,包括正极、电解液、隔膜、负极、集流体、外壳和外部线路等部件。在充放电过程中,电子和离子在电池内部进行传导。电子主要在活性物质、集流体和外部线路中传导,而离子则在活性物质和电解液间传导。值得注意的是,离子传导相较于电子传导更为缓慢,因为离子具有质量,而电子的质量几乎可以忽略不计。此外,离子在活性物质内的传导也受到材料本身离子电导率较低以及SEI、CEI固态电解质膜等因素的影响,导致离子传输速度远低于电子传输。因此,在充放电过程中,电子和离子之间存在显著的速度差异,这种现象通常被称为极化。然而,由于电池测试设备只能检测电压或电流等物理数据,无法从微观层面观测离子的传输情况,这可能导致电池实际电压的误判。

上述分析揭示了即使电压达到预设目标,电池也可能并未完全充满。那么,涓流充电在这一过程中的作用是什么呢?涓流充电的主要目的是在电池接近满电时,通过在外电路继续施加电流或电压,确保电池能够完全充满。常用的方法包括恒压充电和小电流充电(即涓流充电)等。

此外,随着手机充电功率的不断提升,倍率充电已达到2C甚至5C的水平。然而,在充电后期,锂离子在正极中的传输速率会显著下降,这导致锂离子传输变得尤为缓慢。以高镍(NCM811和NCM90)材料为例,其dq/dv图显示,在3.8V左右是锂离子传输最为活跃的阶段,而在后期速率则大幅下降。这一阶段更容易发生极化现象,因为锂离子移动得更慢。这也是许多快充技术只能将电池充至约80%容量的原因之一。

此外,电池本身具有电阻,在充电过程中会产生大量热量。涓流充电有助于降低电池温度,起到保护电池的作用,相当于让电池在充电过程中得到适当的休息。

最后,涓流充电还能有效防止电池过充,避免产气、鼓包和热失控等安全隐患的发生。

综上所述,电池在充电过程的最后阶段进行涓流充电的原因主要有以下几点:(1)电子和离子在电池内部的传输速度存在差异,导致极化现象;(2)当电压达到一定水平后,离子传输速度会进一步下降,极化现象加剧;(3)涓流充电有助于降低电池温度,保护电池安全。而涓流充电的最终目的是确保电池能够完全充满。