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锂离子电池的充电和放电截止电压是如何确定的?

时间:2025-07-08 16:01:38来源:OFweek 锂电网

导语:​充放电截止电压直接关系电池安全与寿命,其设定需平衡材料特性与使用条件。本文解析LFP、NCM等体系的电压边界设计逻辑,并阐述温度适应性与BMS分级保护的协同机制。

  1. 材料体系与电化学特性

  正负极材料决定电压窗口:不同正负极材料的电化学稳定窗口不同。例如:

  磷酸铁锂(LFP)体系:充电截止电压通常为 3.65V,放电截止电压为 2.5V(常温)或 2.0V(低温)。

  三元材料(NCM/NCA)体系:充电截止电压为 4.2V,放电截止电压为 2.75V–3.0V。

  钛酸锂(LTO)体系:充电截止电压为 2.9V,放电截止电压为 1.5V。

  过充/过放风险:

  充电电压过高会导致正极结构破坏、析氧、电解液分解。

  放电电压过低会导致负极SEI膜破裂、集流体腐蚀。

  2. 安全保护机制

  分级保护设计:

  充电终止电压:如 3.65V(LFP),达到时BMS终止充电。

  一级过充保护:如 ≥3.8V(LFP),强制终止充电。

  二级过充保护:如 ≥4.0V(LFP),锁定BMS防止热失控。

  放电终止电压:如 2.5V(LFP),达到时停止放电。

  一级过放保护:如 ≤2.0V(LFP),强制终止放电。

  二级过放保护:如 ≤1.8V(LFP),锁定BMS并需人工修复。

  3. 温度适应性

  低温调整:放电截止电压随温度降低而降低,例如:

  T>0°C: 2.5V(LFP)。

  T ≤ 0°C: 2.0V(LFP),避免低温下因极化导致过早截止。

  4. 寿命与性能优化

  循环寿命影响:

  充电截止电压过高(如LFP从3.65V升至4.0V)会加速容量衰减。

  放电截止电压过低(如LFP低于2.85V)会导致负极活性锂损失。

  化成工艺:预充截止电压需控制在SEI膜形成区间(如2.8–3.0V),避免杂质反应。

  总结

  截止电压的确定是材料特性、安全性、寿命、温度适应性及标准规范的综合结果。制造商通过电化学测试验证边界值,BMS据此执行分级保护,确保电池在安全窗口内工作。

  以上内容均为本人日常工作,交流,阅读文献所得,由于本人能力有限,文中阐述观点难免会有疏漏,欢迎业内同仁积极交流,共同进步!

  参考资料:

  1.异常工况下磷酸铁锂电池状态估计及 寿命预测方法研究,魏孟

  2.ATL项目工程部工程手册

  3.化成工艺对锂离子电池性能的影响,王玲玲

  4.GB/T 36276—2023 电力储能用锂离子电池

标签: 锂电池

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