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昨天有人在星球付费提了一个问题：
“晓风老师，我手上一款方壳铁锂电芯，原来5%-10% SOC区间充电倍率是1C，想做阶梯式提升，把平均倍率提到2~3C。电芯参数是：注液系数3 g/Ah，负极压实1.55，负极面密180，N/P 1.13。有什么好的充电策略？以及可能的问题和困难？”
下面我讲讲我的分析思路。
一、先想清楚场景
目前星球小伙伴从原材料到整车厂都有。因此每次看到问题，我首先想的是提问者具体的应用场景。电芯制造端？还是电芯应用端（BMS）？
如果是电芯端，需要涉及低SOC的，分为首次充电和分容后补SOC。
如果是首次充电，涉及SEI成膜，那提升低SOC阶段的充电倍率是要绝对小心的。但不管是首次充电还是分容后补SOC，5%~10%从1C提高到3C，节约时间也只有（3分钟-1分钟）=2分钟。对电芯制造的改善效果只有一点点的节拍效果，意义不能说不大，只能说约等于0。
所以场景更可能是发生在电芯应用端，用于BMS策略的边界确认。对于应用端，前15分钟SOC是不是能从5%充到80%，这2分钟的减少对于终端用户的感知意义还是挺大的。那么提问者很有可能是为了确认这款电芯是不是能够满足某个潜在客户的快充要求。
但从参数上看这是一款能量型电芯（面密高达180g/m²，通常动力型只有120g/m²）。在能量型电芯上挖快充能力，能挖出来的是有限的。如果客户真的需要稳定的3C快充，最好是重新做电芯设计。
我为什么要想那么多？因为问题的对策取决于提问者的背景信息是否充分，回答会更贴近于他能做的部分，比如如果是电芯制造端，这种充电方式只会做1次，对长期寿命的影响并不算大。但如果是应用端，需要反复采用高倍率，这个对寿命影响就不能忽略了。另外，提问者如果是电芯生产段，往往可以变更电芯设计、工艺参数，而如果是电芯应用端就不行。因为提问者以前提的问题都是电芯生产端的问题，我一开始自然会觉得这是站在电芯生产端的角度提问。实际追问结果，我仍然倾向于是电芯应用端。（如果不准确导致方向错误，星友可以再继续追问。）
二、当前参数能不能支持低SOC快充？
接下来我们看一下，当前参数是否支持在低SOC阶段支持快充。
注意：我在最近两篇的设计系列（锂电芯设计手册）说过，边界条件很重要（比如充电温度），但背景没给，不太会是低温，就先按照常温来。
判断一个电芯的快充能力，本质是看电流通过时，哪个环节的过电位增长最快、最先撞到物理边界。
物理边界主要有三个：
- 负极电位不能低于0V（否则析锂）
- 正极电位不能超过截止上限（否则结构破坏）
- 温升不能超过设计阈值
2.1 先看N/P比
N/P比的简单含义是负极相对正极的容量过量系数。N/P=1.13也就是说负极只比正极多13%的容量冗余。这13%主要的考虑是：
- 极片涂布不均
- 循环老化的负极容量衰减
- 快充时的过电位转化为局部SOC不均
极片涂布不均：面密度CV、压实不均，导致局部N/P和平均N/P有偏差。要扣1%~3%。
循环老化：正极和负极衰减速率不同，循环过程中N/P会动态变化。这方面取决于设计寿命。看设计目标，如果能量型确实要变为动力型，那么这块循环是不是可以降低目标？没说，先按照0算吧。
局部SOC不均：
电池是方形，快充时极耳近端和远端、极片中部和边缘的电流密度是不均的，这会让局部SOC高于平均SOC。这种不均性带来的局部SOC偏移有多大？这个跟极耳设计、电芯尺寸、倍率、温度都有关。
业内普遍的工程经验是：1C下偏移约1%~2%，3C下可能到3%~5%。
结论：我前面虽然考虑了很多N/P比的计算，但N/P余量的”消耗”主要发生在高SOC段。实际在5%~10%SOC这个区间影响很小，因为负极电位离0V边界还比较远。所以这个参数下没问题。
2.2 接着看压实和面密
压实和面密的物理后果是极片更厚、孔隙率更低。
先算一下孔隙率：
孔隙率 = 1 - 压实密度 / 真密度
石墨真密度约 2.20~2.26 g/cm³。
按复合真密度算（算上SBR+CMC）：孔隙率 = 1 - 1.55/2.22 ≈ 30.2%
Li⁺要从正极颗粒脱出，穿过正极极片孔隙，穿过隔膜，穿过负极极片孔隙，最后嵌入石墨颗粒。孔隙率低、极片厚，液相传质就慢，浓差极化就大。
我的经验：30%处于能量型设计的常规水平，对1~2C快充够用。但实际影响需要结合电解液体系、石墨型号来判断。
2.3 注液系数
注液系数3g/Ah。注液系数的影响主要是循环。假如SOC仅仅是初始阶段采用快充，影响是比较小的。不仅如此，我这个系数本身设计就非常充裕，如果循环验证没有问题，后期甚至可以从这个点上考虑成本优化。
2.4 小结
总的来说，目前的能量型设计参数，可以仅在低SOC区间将充电倍率提升到2~3C，代价是影响寿命，影响程度，需要结合指标，通过试验来确认。
三、充电策略
验证完了，我们接下来说充电策略。
虽然在5%~10% SOC时不容易发生析锂，但因为你设计的面密度比较高，浓差极化会成为瓶颈。
如果你开始阶段强行拉到3C，电压有可能会马上到恒流的上限（如3.65V），所以你根本无法实现”在这个区间内平均倍率达到2C~3C”的目标。
如果采用CCCV充电，就自动降电流了，名义上是3C，实际上是业内的”假快充”。
如果要跑满真实3C，那就需要放开电压上限，但BMS不是电芯生产端，这有可能会导致电芯内部局部温升过快。长期会加速SEI膜的增厚和极化恶化。
有的人说可以用阶梯充电。我的考虑是如果按照3C，这段区间只有1~2min，BMS切换太频繁了。还是用2.5C 恒流,端电压触达3.65V就退出这种方案会更合适一点。
BTW：对于应用端而言，最大瓶颈其实是低SOC的估算精度，这边不详细展开了。
四、验证
我上面讲的都是理论，给的值是典型值，是不是可行需要进行验证。
验证分2块：
- 单次充电过程中，负极有没有析锂？
- 长期循环下，电芯衰减加速多少？
析锂方面，你可以做dQ/dV曲线分析，加拆解确认。三电极方法可进行机理研究，确认负极电位。
而寿命问题，则需要进行对比，看容量保持率和DCR增长率。这个是实验性质，没有失效模型，只能靠AB实验+经验+时间。
更多问题，可加入星球提问。我的回答也未必准确，有什么建议或意见，欢迎留言区留言。
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