为什么旧锂离子电池充电需要更多时间

2025 年 7 月 18 日

潘李博士

湖北大学理学博士，中南大学材料科学与工程博士后。长期从事高性能电极材料、防爆电池、低温电池等领域的研究，具有扎实的科研基础和丰富的实践经验。

电池组中的旧电池充电时间更长，因为随着电池老化，内阻会上升，电荷传输速度也会减慢——这可以理解为“老年综合症”。研究表明，随着内阻上升，温度峰值和电压不一致发生这种情况，导致充电时间更长。数值数据证实了为什么旧锂离子电池充电时间长？电荷传输效率降低和阻抗增加意味着即使容量减少，旧电池也需要更长的时间才能充满电。如果您想知道为什么旧锂离子电池充电时间长，请记住，老化会改变电池的内部结构，使每个充电周期都比以前更慢。在电池组中，这种效应会成倍增加，影响性能和可靠性。

关键精华

旧锂离子电池需要更长时间充电，因为它们内部阻力增加，从而减慢充电过程中的电流流动。
电池电极上钝化材料的堆积会减少电荷传输的表面积，导致充电速度变慢，尤其是在最后阶段。
老化电池的容量损失意味着它们所容纳的能量更少，但由于电阻增加和电池组老化不均匀，充电仍然需要更长的时间。

第 1 部分：为什么旧锂离子电池需要很长时间才能充电？

在高要求应用中管理电池组时，您可能会注意到充电时间会随着电池老化而增加。这种现象通常被称为“老年综合症”，会直接影响电池的性能和可靠性。了解这种变化背后的技术原因有助于您优化电池寿命并保持运营效率。

1.1 内阻

新电池充电时，电流吸收效率很高。随着时间的推移，老化过程会增加电池的内阻，使电流流动更加困难。想象一下，拉伸一条新橡皮筋，它很容易移动。而旧橡皮筋则会受到阻力，并很快弹回。同样，老化的电池会阻碍离子和电子的流动，从而减慢充电速度。

实验室研究表明，随着电池老化，正极阻抗会上升。电阻的增加会降低电池接受高充电电流的能力。电化学阻抗谱 (EIS) 和超高精度库仑法 (UHPC) 证实，电解质氧化会加速阻抗的增长。因此，充电时间会更长，电池性能也会下降。

您可以使用几种方法测量内阻：

电压降法：施加已知负载并测量电压降。
交流阻抗谱：分析不同频率下的阻抗响应。
脉冲放电法：使用短大电流脉冲并测量电压降。
数据分析和曲线拟合：跟踪阻力随时间的变化。
高质量测试设备：使用专门的仪器进行精确测量。

这些方法可以帮助您监测电阻的增长情况并预测电池寿命。随着电阻的增加，充电时间会延长，尤其是在电池组中，由于电池单元的不一致会加剧这种影响。

提示： 通过定期使用先进的诊断工具（例如由 Cadex 开发的工具）监测内部电阻，您可以在老化电池影响您的操作之前识别出它们。

1.2 被动材料形成

随着电池老化，电极上会积聚无源材料。这些积聚物会减少电荷传输的有效表面积，就像动脉中的斑块会限制血流一样。在电池组中，这意味着某些电池单元会更快达到其电压极限，从而迫使整个电池组降低充电速度。

显微镜和EIS研究研究表明，老化电池会形成导电的亚表面特征，并增加扩散限制。这些变化会阻碍锂离子的传输，从而进一步延长充电时间。下表比较了新电池和老化电池，以说明被动材料形成的影响：

电池状况	容量（％）	大约总充电时间（分钟）	第一阶段完全充电时间（分钟）	第 2 阶段拖延时间
新电池	100	〜150	90	强化-短期
老化电池	82	〜150	60	经久

您可以看到，虽然总充电时间可能保持相似，但老化的电池在快速充电第 1 阶段花费的时间较短，而在缓慢的后续第 2 阶段花费的时间则更长。这种变化是由于电阻增加和被动材料堆积造成的，这是容量衰减和电池容量减少的关键因素。

1.3 容量损失

容量损失是电池老化的一个标志。随着电池组的循环使用，每个电池单元能够存储和释放的能量会逐渐下降。最近对磷酸铁锂电池的研究表明，在长时间使用后，电池通常会损失约 30% 的初始容量例如，商用 LFP 电池经过数百次循环测试后，容量从 1.5 Ah 降至约 1.0 Ah。

这种容量衰减意味着您的电池在充电过程中会更快达到电压极限，从而减少其每次充电的可接受能量。即使电池的容量减少，增加的电阻和惰性物质的形成也会迫使充电系统变慢，尤其是在充电的最后阶段。这就解释了为什么旧的锂离子电池充电时间很长？以及为什么即使电池容量下降，充电时间也会变长。

在电池组中，由于不均匀老化和容量损失导致的电池单元不一致会进一步延长充电时间。一些电池单元会提前达到电压极限，从而限制总充电量并降低电池性能。这种影响在以下应用中尤其严重：医疗器械, 机器人, 安全系统, 基础设施, 消费类电子产品和产业设备，可靠的电池寿命至关重要。

注意： 监控容量衰减和内部电阻可以帮助您规划维护和更换计划，确保最佳的电池性能和安全性。

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第 2 部分：充电时间和电池老化

2.1 充电阶段

锂离子电池充电主要分为两个阶段：恒流 (CC) 和恒压 (CV)。在恒流阶段，电池会接收稳定的电流，直到达到设定电压，通常为 1000V。每节电池 4.2 V随着电池老化，您会注意到恒流充电阶段的时间会缩短，因为电池更快达到其电压极限。然后，恒压充电阶段开始，电压保持恒定，电流逐渐减小。老化会增加内阻，因此即使电池容量下降，恒压充电阶段也会变得更长。这种充电时间的变化在实验室测试和实际电池组中都很明显。

充电阶段	新的电池行为	老化电池行为
恒流 (CC)	续航时间长，充电接受度高	持续时间更短，充电接受度降低
恒压（CV）	短尾阶段	拖尾阶段延长，电流下降速度减慢

您可以看到，随着电池老化，CV 阶段占据了总充电时间的主导地位，从而降低了锂离子电池的充电效率。

2.2 对电池组的影响

在电池组中，老化对所有电池的影响并不相同。有些电池容量损失更快，而有些电池的电阻则更高。这种不平衡会导致某些电池提前达到电压极限，从而迫使整个电池组降低充电速度。对于医疗、机器人、安防、基础设施、消费电子和工业应用等领域的车队管理者来说，更长的充电时间意味着更少的正常运行时间和更高的维护成本。您必须监控这些变化，以保持电池寿命和系统可靠性。

随着更多电池老化不均匀，充电时间也会增加。
电压和电流曲线发生变化，表明内部电阻增加。
可用电池容量缩小，影响运营效率。

2.3 诊断和智能充电

先进的诊断技术在管理电池老化方面发挥着关键作用。智能充电系统（例如 Cadex 开发的系统）使用算法分析充电过程中的电压和电流数据。这些系统可以检测异常电压下降，并在故障发生之前进行预测。通过根据电池状况调整充电协议，可以延长电池寿命并减少停机时间。实际研究证实，自适应控制和神经网络预测可以改善电池健康管理，尤其是在大型电池组中。

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由于内阻增加、被动材料堆积以及容量损失，旧电池组的充电时间会更长。下表重点介绍了这些因素如何影响电池性能：