為什麼舊鋰離子電池充電需要更多時間

2025 年 7 月 18 日

潘李博士

湖北大學理學博士，中南大學材料科學與工程博士後。長期從事高性能電極材料、防爆電池、低溫電池等領域的研究，具備紮實的科學研究基礎和豐富的實務經驗。

電池組中的舊電池充電時間更長，因為隨著電池老化，內阻會上升，電荷傳輸速度也會減慢——這可以理解為「老年綜合症」。研究表明，隨著內阻上升，溫度峰值和電壓不一致發生這種情況，導致充電時間更長。數值數據證實了為什麼舊鋰離子電池充電時間長？電荷傳輸效率降低和阻抗增加意味著即使容量減少，舊電池也需要更長的時間才能充滿電。如果您想知道為什麼舊鋰離子電池充電時間長，請記住，老化會改變電池的內部結構，使每個充電週期都比以前更慢。在電池組中，這種效應會倍增，影響效能和可靠性。

關鍵要點

舊鋰離子電池需要更長時間充電，因為它們內阻增加，從而減慢充電過程中的電流流動。
電池電極上鈍化材料的堆積會減少電荷傳輸的表面積，導致充電速度變慢，尤其是在最後階段。
老化電池的容量損失意味著它們所容納的能量更少，但由於電阻增加和電池組老化不均勻，充電仍然需要更長的時間。

第 1 部分：為什麼舊鋰離子電池需要很長時間才能充電？

在高要求應用中管理電池組時，您可能會注意到充電時間會隨著電池老化而增加。這種現象通常被稱為“老年綜合症”，會直接影響電池的性能和可靠性。了解這種變化背後的技術原因有助於您優化電池壽命並保持營運效率。

1.1 內阻

新電池充電時，電流吸收效率很高。隨著時間的推移，老化過程會增加電池的內阻，使電流流動更加困難。想像一下，拉伸一條新橡皮筋，它很容易移動。而舊橡皮筋則會受到阻力，很快就會彈回。同樣，老化的電池會阻礙離子和電子的流動，從而減慢充電速度。

實驗室研究表明，隨著電池老化，正極阻抗會上升。電阻的增加會降低電池接受高充電電流的能力。電化學阻抗譜 (EIS) 和超高精度庫侖法 (UHPC) 證實，電解質氧化會加速阻抗的成長。因此，充電時間會更長，電池效能也會下降。

您可以使用幾種方法來測量內阻：

電壓降法：施加已知負載並測量電壓降。
交流阻抗頻譜：分析不同頻率下的阻抗響應。
脈衝放電法：使用短大電流脈衝並測量電壓降。
數據分析和曲線擬合：追蹤阻力隨時間的變化。
高品質測試設備：使用專門的儀器進行精確測量。

這些方法可以幫助您監測電阻的成長並預測電池壽命。隨著電阻的增加，充電時間會延長，尤其是在電池組中，由於電池單元的不一致會加劇這種影響。

小提示: 透過定期使用先進的診斷工具（例如由 Cadex 開發的工具）監控內部電阻，您可以在老化電池影響您的操作之前識別它們。

1.2 被動材料形成

隨著電池老化，電極上會積聚被動材料。這些積聚物會減少電荷傳輸的有效表面積，就像動脈中的斑塊會限制血流一樣。在電池組中，這意味著某些電池單元會更快達到其電壓極限，迫使整個電池組降低充電速度。

顯微鏡和EIS研究研究表明，老化電池會形成導電的亞表面特徵，並增加擴散限制。這些變化會阻礙鋰離子的傳輸，進而進一步延長充電時間。下表比較了新電池和老化電池，以說明被動材料形成的影響：

電池狀況	容量（％）	大約總充電時間（分鐘）	第一階段完全充電時間（分鐘）	第 2 階段拖延時間
新電池	100	〜150	90	強化-
老化電池	82	〜150	60	延長時間

您可以看到，雖然總充電時間可能保持相似，但老化的電池在快速充電第 1 階段花費的時間較短，而在緩慢的後續第 2 階段花費的時間則更長。這種變化是由於電阻增加和被動材料堆積造成的，這是容量衰減和電池容量減少的關鍵因素。

1.3 容量損失

容量損失是電池老化的一個標誌。隨著電池組的循環使用，每個電池單元能夠儲存和釋放的能量會逐漸減少。最近對磷酸鐵鋰電池的研究表明，在長時間使用後，電池通常會損失約 30% 的初始容量例如，商用 LFP 電池經過數百次循環測試後，容量從 1.5 Ah 降至約 1.0 Ah。

這種容量衰減意味著您的電池在充電過程中會更快達到電壓極限，從而減少其每次充電的可接受能量。即使電池的容量減少，增加的電阻和惰性物質的形成也會迫使充電系統變慢，尤其是在充電的最後階段。這就解釋了為什麼舊的鋰離子電池充電時間很長？以及為什麼即使電池容量下降，充電時間也會變長。

在電池組中，由於不均勻老化和容量損失導致的電池單元不一致會進一步延長充電時間。有些電池單元會提前達到電壓極限，從而限制總充電量並降低電池效能。這種影響在以下應用中尤其嚴重：醫療器械, 機器人, 安全系統, 基礎設施, 消費類電子產品以及產業設備，可靠的電池壽命至關重要。

請注意： 監控容量衰減和內部電阻可以幫助您規劃維護和更換計劃，確保最佳的電池性能和安全性。

如果你想優化你的電池組並延長電池壽命，考慮諮詢我們的專家以獲得客製化電池解決方案.

第 2 部分：充電時間與電池老化

2.1 充電階段

鋰離子電池充電主要分為兩個階段：恆定電流 (CC) 和恆壓 (CV)。在恆定電流階段，電池會接收穩定的電流，直到達到設定電壓，通常為 1000V。每個電池 4.2V隨著電池老化，您會注意到恆定電流充電階段的時間會縮短，因為電池更快達到其電壓極限。然後，恆壓充電階段開始，電壓保持恆定，電流逐漸減少。老化會增加內阻，因此即使電池容量下降，恆壓充電階段也會變得更長。這種充電時間的變化在實驗室測試和實際電池組中都很明顯。

充電階段	新的電池行為	老化電池行為
恆定電流（CC）	續航時間長，充電接受度高	持續時間更短，充電接受度降低
恆壓（CV）	短尾階段	拖尾階段延長，電流下降速度減慢

您可以看到，隨著電池老化，CV 階段佔據了總充電時間的主導地位，從而降低了鋰離子電池的充電效率。

2.2 對電池組的影響

在電池組中，老化對所有電池的影響並不相同。有些電池容量損失更快，而有些電池的電阻則更高。這種不平衡會導致某些電池提前達到電壓極限，迫使整個電池組降低充電速度。對於醫療、機器人、安防、基礎設施、消費電子和工業應用等領域的車隊管理者來說，更長的充電時間意味著更少的正常運作時間和更高的維護成本。您必須監控這些變化，以保持電池壽命和系統可靠性。

隨著更多電池老化不均勻，充電時間也會增加。
電壓和電流曲線發生變化，表示內部電阻增加。
可用電池容量縮小，影響營運效率。

2.3 診斷與智慧充電

先進的診斷技術在管理電池老化方面發揮關鍵作用。智慧充電系統（例如 Cadex 開發的系統）使用演算法分析充電過程中的電壓和電流數據。這些系統可以偵測異常電壓下降，並在故障發生之前進行預測。透過根據電池狀況調整充電協議，可以延長電池壽命並減少停機時間。實際研究證實，自適應控制和神經網路預測可以改善電池健康管理，尤其是在大型電池組中。

如果您想優化電池組並延長電池壽命，請考慮客製化電池解決方案 Large Power.

由於內阻增加、被動材料堆積以及容量損失，舊電池組的充電時間會更長。下表重點介紹了這些因素如何影響電池性能：