特种高倍率锂离子电池

高倍率电池的特种应用，重要是针对战术便携装备二次用电等待时间较长、电池资源浪费、快速反应能力受制约等现状展开的。可高倍率充电锂离子电池的使用有良好的潜力和前景，但应兼顾现行体制，在巩固现役锂离子电池性价比、电路控制、安全性、高低温充放电和循环寿命等优势的基础上，合理稳妥地实现高倍率充电。

锂离子电池逐渐成为各国军队使用的重要电池。高倍率锂离子电池不但降低了约1/3的设备负重，提高了特种战术操作的灵活性和机动性，还可将设备的工作时间延长2~3倍，最大限度地保障了单次野外任务完成的时效性和可靠性。

高倍率锂离子电池的充电时间（2~4h），虽然短于镉镍、氢镍及铅酸电池（5~7h），但仍不能满足战争状态下应急的要。美军在伊拉克战争中普遍使用一次电池，防止充电问题，当天特种任务完成后，旧电池全部丢弃，换上新电池，导致战争期间电池的后勤保障强度比弹药还大。为了满足战时装备再充电等待时间（5~30min）的要，理论上可对锂离子电池进行高倍率（5~20C）充电。

高倍率电池材料发展的现状

通常高倍率充电时强大的电流会导致电池漏液、起火，甚至爆炸等危险。材料的改进和发展，是电池实现高倍率充电的前提，目前商用锂离子电池多使用LiCo02作为正极材料。为了改善电池的高倍率充电和安全性能，可采用LiMn204、LifePO4、LisV2（PO4）3及三元材料LiNi?Co?Mn?02、LiNi?Co?Al?02等作为正极材料。

锂离子电池负极大多采用碳材料。碳材料价廉易得，但首次充电不可逆容量较高、循环性能差，不适合高倍率充电。Li4Ti5O12可作为非碳负极材料，比容量达165mAh／g，特有的尖晶石结构可提高电极的循环性能和使用寿命，使电池具备良好的耐过充、过放和安全性能，满足高倍率充电的要求。

高倍率电池的使用定位和可行性分析

在特种领域中，战术便携装备（如通信、指控、侦察和定位等设备）多以锂离子电池为核心供电单元，能够满足多种使用模式（手持、背负、穿戴和搬移等）下的设备用电需求。

锂离子电池供应了3.6V、7.2V、14.4V及25.2V等4种电压等级，容量多在12Ah以下。配套的充电设备功率等级多为200W以下，充电电流为0.2C和0.5C。国外推出的可高倍率充电锂离子电池以中小功率居多，多应用于便携设备（如小型电动工具），容量从数Ah到十多Ah不等。

可高倍率充电的锂离子电池能否与现役电池在配套特性上保持一致。高倍率充电的锂离子电池在装备配套体制上具有可行性，通过产品优化和工艺提升，能够在电气适配、接口配套和供电要求上与现役电池保持一致。

现有充电设备不具备5~20C充电的能力，充电电流的成倍新增，不但会新增充电设备的功率、体积和质量，还会新增特种营区或野外机动平台供电容量的要求；同时，在锂离子电池具备了高倍率充电能力的前提下，电流越大，充电时间越短，越有利于特种应急任务的执行。综合上述因素，在现有供电体制的基础上，应确立充电电流的最佳值。

以用户端交流供电容量220V/16A计算，可得出最大功率为3520W。现役充电设备的效率一般约为90%，考虑到高倍率充电时设备热损耗新增等因素，以85%效率计算的有效输出功率为2992W。比较可知，现有市电条件下最多可满足充电设备10C的工作要求。充电电流若从10C增大到20C，理论充电时间会从6min减少到3min，但设备功率新增将近一倍，给配电系统和充电设备的设计和制作带来困难。从使用角度来看，与现有充电设备0.5C充电相比，10C充电可使理论充电时间由2h缩短到6min。综上所述，锂离子电池的高倍率充电设为10C是较为可行的。