這就是說，充電電壓達到4.2V時，電池沒有充滿，充電量僅為70～80％左右。要想繼續(xù)充滿，需要切換到CV充電，在維持4.2V的充電電壓的同時，慢慢補充剩余的20～30％。不過，在CV充電時，電流會縮小，如果為縮短充電時間，擴大CC充電時的電流值，過壓的偏移將會增大，使充電電壓提前達到4.2V。電池可能會需要更長的時間才能充滿。

如果只需充入70～80％的電量，通過在CC充電時進行大電流快速充電，20～30分鐘即可完成。但是，要想利用CC充入接近100％的電量，則有些不切實際。因為達到這個目的需要的電壓高于4.2V的規(guī)定電壓，會形成“快速充電=過充電”的等式。

設(shè)置保護電路應(yīng)對單元失衡

最近有一種思路：即使充電電壓超過規(guī)定電壓，只要采用脈沖充電的方式，借助電流的中斷，就不會造成過充電。但脈沖充電的暫停時間意味著脈沖電流要大于連續(xù)充電的電流。雖然充電快，但必須加載高于規(guī)定值的電壓，依然會造成過充電。大家千萬不要誤會。

造成過充電的另一個因素是電池組電池單元性能的失衡。下面以兩個單元串聯(lián)而成的簡單電池組為例進行介紹。

假設(shè)兩個單元中的一個劣化嚴重，容量出現(xiàn)失衡。如果在這種狀態(tài)下為兩個單元充電，容量劣化的單元將提前達到充滿狀態(tài)。假設(shè)一方的電壓為4.2V，另一方為3.8V。此時，充電電壓為4.2V的2倍，也就是8.4V，按照簡單推算，充電結(jié)束時，一個單元的電壓為4.4V，另一個為4.0V。4.4V的單元明顯處于過充電狀態(tài)。

避免失衡導(dǎo)致過充電的方法，是在外部設(shè)置保護電路，在單元電壓達到4.2V時停止充電。但是，如果單元數(shù)量多，采用這種方法需要設(shè)置大量的FET，用來監(jiān)控電壓，在成本上并不劃算。

對氧化還原對材料寄予期望

不依賴保護電路等裝置，使電池自身能夠防范過充電的材料一直沒有停下開發(fā)的腳步。雖然尚未投入實用，但作為此類材料的代表，氧化還原對材料的前景備受看好。材料的作用機制不難解釋，已經(jīng)得到了Ni-Cd二次電池和鎳氫二次電池的采用。

關(guān)于Ni-Cd二次電池的過充電問題，前面已經(jīng)說過，在充滿電時，正極將產(chǎn)生氧，產(chǎn)生的氧將被負極消耗。換句話來說，就是正極產(chǎn)生（氧化反應(yīng)）的氧在負極消耗（還原反應(yīng)），這個過程耗時漫長。在充電時，電池處于下面的循環(huán)狀態(tài)。

也就是說，只要形成這樣的循環(huán)，就能制造出不會出現(xiàn)過充電的電池。這叫作氧化還原對反應(yīng)。氧化還原（Redox）包括還原（Reduction）與氧化（Oxidation）兩個步驟。

LIB不能像Ni-Cd二次電池那樣，直接賦予其氧化還原對功能。這是因為在充電時如果不控制電壓，正極的Li+（鋰離子）將源源不斷地被運往負極。LIB發(fā)生氧化還原對反應(yīng)必須另行采用具備該功能的材料。這已經(jīng)成為了電池開發(fā)人員長年面對的課題。

采用由具備氧化還原對功能的單元組成的電池組可以解決電池單元失衡的問題（圖4）。當某個特定單元提前充滿后，該單元的氧化還原對功能將啟動，停止為電極充電。而未充滿的其他單元的氧化還原對功能不啟動，繼續(xù)進行充電。

圖4：使用氧化還原對材料可以解決電壓的不均

過去的電池組在單元失衡的狀態(tài)下停止充電的情況（a），使用氧化還原對材料的電池組可以使所有單元達到相同電壓（b）。

圖片根據(jù)3M公司的論文制作。 

筆者的研究室曾在大約25年前嘗試開發(fā)過氧化還原對材料。我們當時嘗試的材料只能在非常小的電流下產(chǎn)生氧化還原對反應(yīng)，應(yīng)付不了通常的充電電流。

近年來，隨著仿真技術(shù)的進步，人們對于什么結(jié)構(gòu)的化合物會發(fā)生氧化還原對反應(yīng)已經(jīng)有了一定的了解。2008年，美國3M公司開發(fā)出在3.9V的電壓下工作的氧化還原對材料，使實用化帶上了一絲現(xiàn)實色彩（圖5）?，F(xiàn)在，在4.2V下工作的材料也在研究之中，如果有效，應(yīng)該可以應(yīng)用于占據(jù)LIB主流的LiCoO2系電池。

圖5：在3.9V下工作的3M公司的氧化還原對材料

通過反復(fù)進行氧化還原反應(yīng)防止過充電的氧化還原對材料的研究是新一代電池開發(fā)的一大焦點。

3M公司開發(fā)出了在3.9V下工作的材料。圖片根據(jù)3M公司的論文制作。 

除此之外，阻燃電解液的開發(fā)也在進行。添加阻燃劑會嚴重影響電池性能，因此，很多觀點都認為阻燃性電解液難以投入實用。最近，常溫下的熔融鹽電解液（離子液體）開發(fā)成功。這種電解液具備蒸氣壓低、不易燃的特點。雖然有看法認為其離子導(dǎo)電率等性質(zhì)不完善、離子液體無法避免燃燒，目前尚未達到實用水平，但對于今后的發(fā)展，筆者充滿了期待。

除了利用氧化還原對材料和離子液體等提高安全性的嘗試之外，高安全性的正極活性物質(zhì)和負極活性物質(zhì)的開發(fā)當然也在持續(xù)進行。