◆ 高压锂电(LiHV)是个什么鬼 ◆

Himalaya · 发表于 2016-1-27 13:55

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◆ 高压锂电(LiHV)是个什么鬼 ◆

安全提示+免责声明：
本帖涉及的试验愚蠢而危险，禁止任何人效仿。文中观点荒谬不堪，严禁认真对待。做出的结论更是一派胡言，仅限一笑了之。

◆ 引言：

快二十年了，锂离子（包括锂聚合物）二次电池从来就是4.2V截止电压，铁一般的纪律

。从老MOTO手机到笔记本18650，从智能手环内置的蚕豆电池到700级暴力3D直机的12S 45C LiPo，无一例外。这已经成为一个常识根植于每一个锂电用户的生物内存中。
突然，二十年不变的常识，仿佛一夜之间被颠覆了，4.35V的锂电汹涌而来。首当其冲的当然是对续航时间无限贪婪的手机们，先是有了4.25V的探头探脑小打小闹，而后4.35V锂电迅速成为标配。继而，dji又一次敢为天下先，把5C的4.35V LiPo 引入航模市场。最近，高C率（25C）的航模LiHV也开始铺货。

那么问题来了，4.35V的“高压锂电”到底带来多大的性能提升

？它真的是一次巨大的技术突破吗

？跟“传统锂电”相比，它真的是本质性的提升吗

？

********** 感谢borneol兄弟提供的信息，此处编辑处理 **********

内心深处那个从没害死过猫的好奇心又开始蠢蠢欲动了。欲止痒，没有别的办法，必须果断动手测试，看看这“高压锂电 LiHV”到底是个什么来头。

◆ 新款4.35V LiHV “高压锂电”测试：

先测试最新上市的一款 LiHV，规格：3S 1600mAh 25C 充电截止4.35V
分别把电池充到 4.2V 和 4.35V，然后做1C（1.6A）电流下的放电测试：

看上去果然是巨大的提升，整个曲线高上去一个台阶，延伸远一大截，完全不可同日而语。放出电量：
4.2V-->3.0V: 放出1442mAh。跟标称的1600mAh相比，根本不合格。
4.35V-->3.0V: 放出1702mAh。超出标称值一块。

同一块电池，用不同的充电截止电压，4.35V比4.2V多出 1702/1442-1 ≈ 18%的电量！(mAh) 而且，这些电量都集中在含金量更高的高压端。

逐点积分法计算曲线下的阴影面积，就是实际放出的总能量。这方法比容量×标称电压的粗略估算要精确得多。

4.2V-->3.0V: 放出5.46Wh。
4.35V-->3.0V: 放出6.55Wh。
同一块电池，用不同的充电截止电压，4.35V比4.2V多出 6.55Wh/5.46Wh-1 ≈ 20%的能量！(Wh)

注意，因为多出的电量在高电压端，所以实际多储存的能量更多。上例中，4.35V比4.2V的电量（mAh）多18%，能量（Wh）却多出20%。

因为电量增加在高端，放电中点电压（放电平台）也由3.78V拉升至3.82V。这是同一块电池哦！只是因为充“满”的程度不同。
注：此中点电压包含内阻的影响，实际空载时的中点电压会更高一点。

然后我把4.2V曲线向右平移，叠起来看看：

合乎常理的，4.2V以后的部分放电曲线完全一致，实际上跟其他4.2V“传统”锂电没什么不同。甚至，如果仔细观察的话，在4.03V左右出现拐点也跟其它锂电出现在同样的位置上。这意味着电池内的电化学过程并无明显差异。
（这一拐点在近十年的LiPo中普遍存在，可参考我的放电曲线测试帖之一、之二、之三。）

这就自然的引申出一个想法：普通4.2V锂电会不会也能作为高压用呢？

我决定：豁出去了：传统的、普通的、老款的4.2V LiPo，楞充到4.35V！楞充到4.35V！楞充到4.35V！ 到底看看它能怎样！

Himalaya · 发表于 2016-1-27 13:55

本帖最后由 Himalaya 于 2016-1-28 01:33 编辑

◆ 旧款4.2V LiPo“传统锂电”测试：

为了防范不测，减小可能的损失，俺特意挑选了一块小号的旧电池：双天2S 800mAh 35C，完整型号XP08002EX #35487。这块电池崭新的时候曾经测试过，结果发布在我的锂电测试系列贴之二当中。

为了结果客观，重新测试了它的最新状态，4.2V-->3.0V @1C 放出790mAh，内阻17.4mΩ。然后，要向4.35V冲击了。

安全第一！安全第一！安全第一！（此处请允许我小小夸张一下）

首先按常规，把电池“充满”到4.2V。然后，戴上护目镜、手提灭火器，窗户锁打开以便随时可以把燃烧的电池扔出去。接着，服下一粒安定药片，用颤抖着的右手食指，按下“开始充电”，向4.35V进发。。。。

墙上的挂钟滴答滴答，窗外的鸟儿叽喳叽喳，忐忑的心儿七上八下，滚落的冷汗噼里啪啦。。。。。我全神贯注，全身紧绷，提着灭火器，迈着弓步，活像30年前八一电影制片厂片头的雕塑。。。。眼见着液晶屏上显示 4.20V --> 4.25V --> 4.30V --> 4.35V....充电电流开始逐渐减小，悬着的心也到了嗓子眼...... 突然，那一刻还是来了，就在我紧绷的神经刚要稍稍松懈的时候，“滴...滴...滴...”，iCharger4010的蜂鸣器歇斯底里的叫了起来！！！我握紧灭火器的手果断按压下去，咦？没喷出来？艹！保险栓没有拉出来！..... 谢天谢地，那叫声只是表示：“又”充满了。除此之外，什么也没有发生。

手还在抖，摸摸电池：冰冰凉。按压电池：邦邦硬。不热不鼓不涨，一切都和4.2V时别无二致。

没劲！期待中的焰火表演

，并没有发生。

放电测试结果如图：

4.2V-->3.0V: 放出790mAh。
4.35V-->3.0V: 放出913mAh。
不同的充电截止电压，4.35V比4.2V多出 913/790-1 ≈ 16%的电量！这是普通的4.2V电池啊！居然也可以当高压电来用，大幅提高性能！Oh Yeah！

等等！别高兴的太早，这是普通锂电，这样超额使用，一定大大影响寿命！好吧，折磨开始，充、放、充、放..... 测测看，循环充放测试。

五个循环下来，放电容量分别是：
#1: 913mAh
#2: 896mAh
#3: 904mAh
#4: 905mAh
#5: 918mAh

充电器显示的内阻分别是：
#1: 16.5mΩ/Cell
#2: 16.3mΩ/Cell
#3: 15.8mΩ/Cell
#4: 14.7mΩ/Cell
#5: 15.6mΩ/Cell

不知道有没有哪位大侠看出来衰退迹象。不管你看没看出来，反正我是没看出来。容量和内阻的数值都在误差波动的范畴之内。

循环测试时都使用5C电流快充，即便如此，做一次充放循环仍需要消耗1.5小时以上。做了五个循环，没看出任何衰退趋势，没有循环继续下去的毅力了。

◆ 古董级4.2V LiPo“传统锂电”测试：
或许，上面测试的那个锂电太新了？以至于跟最新的4.35V锂电多少有那么点沾亲带故的嫌疑，所以表现类似？
好吧，一不做二不休！干脆又翻出了这货，六年前入手的，够老的了。论档次，这一坨黑乎乎的东西甚至连牌子都没有，是当年买的飞机套材里跟一堆Balsa木条木片蒙皮之类一起来的。

这货老得，连4.03V的拐点都没有。
4.2V-->3.0V: 放出736mAh。
4.35V-->3.0V: 放出845mAh。
不同的充电截止电压，4.35V比4.2V多出 845/736-1 ≈ 15%的电量！

◆ 重量测试/分析

随机扒拉了手里的几块小型锂电，拿出来对比测试。测得的重量如下：

第一组，新款 LiHV，仅一位：
3S1600mAh25C：128g

第二组，传统 LiPo：
T2-3S1300mAh40C：118g
RZ-3S1300mAh35C：112g
DS-3S1300mAh25C：110g
FP-3S2200mAh25C：187g
FP-3S2200mAh35C：203g
DS-2S800mAh35C：48g

以上所有这些电池，我都测试过他们4.2V-->3.0V的实际容量（包括4.35V的高压型号，也按4.2V容量，以期公平的横向可比性），具体见以往的放电曲线测试帖之一、之二、之三。将实测容量和重量带入excel计算，得到这么个表格：

大家都差不多嘛。都放在同一条起跑线（4.2V）的话，新款LiHV也好，旧款LiPo也罢，能量密度都在一百二三十Wh/kg的水平，无明显区别。

注：这些重量都包含电池的引线、插头、热缩膜等等周边附件，因而数据并不精确，仅供大致的定性分析。好在容量大的电池用的硅胶线也更粗，在一定程度上减小了那些零碎造成的负面影响。

Himalaya · 发表于 2016-1-27 13:56

本帖最后由 Himalaya 于 2016-1-28 01:30 编辑

◆ 总结一下测试发现：

*）任何Li-ion/ LiPo，充“满”到4.2V时，实际并没有充满，内部反应物质并未全部饱和，只是考虑到稳定性而做的妥协，仍有潜力可挖。

*）老式4.2V LiPo也罢，新款4.35V LiHV也好，他们的放电曲线如出一辙，4.2V-->4.35V区间都可以增加大约15~18%的容量。

*）放在同样的4.2V起跑线，LiHV与传统LiPo能量密度相仿；提升起跑线到4.35V，大家都增加十几个百分点的容量，能量密度....仍然相仿。

*）3.8V的中值电压，不是什么新技术，在六七年之前已经如此，只是仍取相对保守的3.7V标称值。具体见以往的放电曲线测试帖。

*）4.35V截止电压的LiHV并不是全新的革命产品，只是旧有的4.2V Li-ion经过试验（不排除配方优化）确认了4.35V下的安全性，而已。

◆ 讨论：

用过单色液晶屏手机的兄弟应该还记得（别忙着举手！暴露年龄

），当年（大约2005年之前）的锂电标称电压是3.6V，多年后才变成了3.7V，即“放电平台”的逐步提高。但是充电上限截止电压始终是4.2V岿然不动，直到4.35V截止/3.8V标称的所谓 LiHV横空出世。。。

其实这一切并不是突然发生的，而是有一段漫长的前奏曲。

早在大概七八年之前，我当时在用的 Hyperion 0720充电器就有了提高充电截止电压的选项，但胆子还小，只是试探性小打小闹的4.25V，当时是作为赛场上的“阴招”加入的功能。即便如此也不忘警告“风险自负！”。意思是你自己看着办，烧了车子毁了房子别来找我的麻烦。

后来改用PowerLab8，4.35V的选项正式登场，同样少不了警告“风险自负！”，那是六年前的2010年的事了。

这俩坏蛋开了个很坏的头，后来，高压选项似乎成了所有像点样子的航模充电器的必备功能。然而讽刺的是，彼时能买的到的电池还是清一色的4.2V，“过充”到4.35V只是私底下的个人行为，不清不楚的灰色地带。。。。

竞争永远是推动进步的原始动力。这不，在比谁待机时间长的竞赛中，就有手机厂商把不清不楚的4.35V“合法化”了，正式摊在台面上见阳光。后来的dji inspire 和 Phantom 3 大家都很熟悉了。

虽然测试结果并不支持4.35V锂电有什么巨大的技术突破，但我仍然有充足的理由相信，手机厂商的4.35V锂电绝不是拿老4.2V简单上高压，必然是做了极其充分的测试的，包括各种极端温度下、振动跌落条件下、高空减压情况下、、、、的安全性，否则那动辄上亿的销量，出点幺蛾子足够他破产几回了。

◆ 结论：

锂电充电截止电压由20多年传统的4.20V提升到4.35V，至少带来这么几个好处：
1] 更充分的利用电池容量，提高标称容量约六分之一。提高能量密度近五分之一。

2] 拔升放电平台。因为高端“多出来一截”，放电中点电压因而被拉高至3.8V以上。
3] 因为 2]，实际上也提高了功率密度。平均电压高了，即使IR相仿，电池也表现得更“爆”。
4] 用更少的原料做出更高标称容量的电池，还能卖高价，厂家他得儿意的笑，得儿意的笑。。。

缺点呢？我能想到的是：
1] 安全性。好在，这事可控。
2] 满电存储时对电池的伤害比4.2V更甚。
3] 某些老旧低端充电器可能不支持。

最后，不得不像老充电器偷偷摸摸提供4.35V选项那样，提出我最煞有介事的警告：
【*】普通4.2V电池充到4.35V是您的个人行为，一切风险自负！！！
【*】如上面结论第2条，请尽一切可能避免长时间满电。或许，这就是dji后来的智能电池增加了自动放电功能的根本原因？？恕不展开。

扩展阅读：更多本人玩耍电池的心得：
   ◆ 高压锂电(LiHV)是个什么鬼 ◆
   ◆ 锂电并联靠谱吗？1P VS 2P 锂电池的概率分析：失效、误差、本质 ◆
   ◆ 谈内阻不提暖凉，等于耍流氓
   ◆ 跨越时间藩篱的锂电保存实例：两年不见衰减。有图有真相。
   ◆ 验证“充电吸热”
   ◆ 连载：LiPo 放电曲线测试(一)  2013-03-05到期关闭，转续至第二贴
   ◆ 连载：LiPo 放电曲线测试(二)  2015-03-05到期关闭，转续至第三贴
   ◆ 连载：LiPo 放电曲线测试(三)  2015-05-07更新到29#楼

在人间已是癫 · 发表于 2016-1-27 16:09

顶

快乐白兔111 · 发表于 2016-1-27 16:15

这个必须得顶！！！

oakli · 发表于 2016-1-27 16:35

楼主的潜心钻研的专业精神让人佩服，好帖，要顶！而且悬疑小说家的潜质也展露无遗，哈哈哈哈哈

纸鸢3+3 · 发表于 2016-1-27 16:36

厉害刚看到一篇帖子正想着这是什么鬼呢谢谢实验哈哈

snowynight · 发表于 2016-1-27 16:37

Himalaya 发表于 2016-1-27 13:56
◆ 总结一下测试发现：

*）任何Li-ion/ LiPo，充“满”到4.2V时，实际并没有充满，内部反应物质并未全部 ...

显然材料优化了，估计离满电4.5V也不远了~

清水蚱蜢 · 发表于 2016-1-27 16:38

佩服楼主的探索精神，这么看来确实也没什么技术突破
不过作为一个产品，安全稳定有时候比那一点增加的性能更加重要，这也是厂家定在4.2V的理由吧
如果换用更好的材料，是不是还能再提高一点容量？

昌乐快飞 · 发表于 2016-1-27 16:42

看出端倪了吗？重量增加仅仅670g-570g=100g，能量却增加了129.96Wh-99.9Wh=30.6Wh。
增加部分的能量密度高达30.6Wh/0.1kg=306Wh/kg ！！！笑死我了，看到这就没看下去

oakli · 发表于 2016-1-27 16:47

Himalaya 发表于 2016-1-27 13:56
◆ 总结一下测试发现：

*）任何Li-ion/ LiPo，充“满”到4.2V时，实际并没有充满，内部反应物质并未全部 ...

请教专家楼主，有块3S控电,忘关掉控2天过放了，有两芯零电压，尝试B6（手上只有B6）快充，平衡和镍氢模式充都没能加载初始电压，没能救活。其实再买一块控电也没多钱，目前暂时5号电池也能顶着用，只是不甘心。请问就目前的设施有没有简洁一些的好招支一个呗，比如我曾想用1s一芯一芯的充如何？

Himalaya · 发表于 2016-1-27 16:48

昌乐快飞发表于 2016-1-27 16:42
看出端倪了吗？重量增加仅仅670g-570g=100g，能量却增加了129.96Wh-99.9Wh=30.6Wh。
增加部分的能量密度高 ...

请指教，一定要言无不尽啊。

freejonathan · 发表于 2016-1-27 17:01

顶！学习了

zhufengfly · 发表于 2016-1-27 17:01

佩服并学习！

昌乐快飞 · 发表于 2016-1-27 17:10

Himalaya 发表于 2016-1-27 16:48
请指教，一定要言无不尽啊。

对楼主的探索精神和折腾程度自然是佩服的五体投地，可是一开始就犯个错误不是很搞笑吗？难道一块电池高出来的容量是高压部分，其他是常压部分吗

以下是引用自一个2002年的博文“锂离子电池过充以后到底有什么后果.

　　大家老是在谈论锂离子电池不要过充,不要过充.那么过充以后到底会有什么影响呢.
　　首先引用一下"锂离子电池保护线路"一文中的一个图表
　　-------------------------------------　
　　下图是根据单节锂离子电池电压根据实际使用划分的几个区域.
　　=====================
　　高压危险区
　　界限A---------------保护线路过充保护电压(4.35V)
　　高压警戒区
　　界限B---------------锂离子电池充电限制电压4.20V
　　正常使用区
　　界限C---------------锂离子电池放电终止电压(2.75V)
　　低压警戒区
　　界限D---------------保护线路过放保护电压(2.3V)
　　低压危险区
　　=====================
　　----------------------------------------
　　***********************************************************************
　　严格的讲,把锂离子电池的电压充到高于界限B(4.20V)就是过充.但是过充也有程度的大小.一般人为在在4.24V以下,可以不算是过充.或称为"可接受"的微过充.
　　锂离子电芯厂家的电池规格书上一般也标明了充电限制电压是4.20V+/-0.04V.
　　***********************************************************************
　　在界限A和界限B之间的(高于4.24V,低于4.35V)这个区域,就可以称为中度过充.
　　处于这个电压范围的锂离子电池,其放电容量会高于正常的锂离子电池.
　　请看中度过充试验数据
　　试验条件是
　　电芯:GY383450.
　　标称容量:550mAh.
　　标称的充电限制电压4.20V
　　充电制度:电压低于充电限制压时以1C(550mA)充电,电压到达充电限制电压后,维持电压不变,电流逐渐减小到20mA后充电终止.这就是常规的CC/CV充电模式.
　　放电制度:1C(550mA),放电终止电压2.75V
　　以上制度完全参照国标执行.
　　但是这里我改变了充电限制电压,故意对这个试验品进行过充.列出试验表格如下:
　　循环次数充电限制电压V　  充电容量mAh　放电容量mAh　与额定容量的比率%
　　第一次　 4.20V　       570　       565　          这个就是额定容量
　　第二次　 4.30V　       610　       608　          108%
　　第三次　 4.20V　       569　       564　          100%
　　第四次　 4.35V　       633　       627　          112%
　　其中的第三次是为了进行对比,说明进行一次过充后,电池的额定容量几乎没有什么变化.
　　从中可以得到一个结论,过充可以提高电池的容量.
　　但是这个趋势不是一致如此,当我把这块电池一直用4.35V的充电限制电压继续进行过充循环后.结论就不是那么乐观了.
　　★第50次以后,电池容量为480mAh.已经是额定容量的85%了.而我以前对这个型号的电池进行正常循环的试验时,在150次循环时其容量还在额定容量的88%以上.可见过充严重的缩短了电池的循环寿命.另外要提到的是,该过充的电池已经微微发鼓,原始厚度是3.84mm,50次循环以后其厚度是4.25mm.”

　.本人曾勿操作2s850mah电池按照3s冲。后果是睡梦中直接炸醒小伙伴（是的，我依然在睡梦中，小伙伴也仅仅是楞了一下又睡去了），万幸，只是baozha，电池皮破了，没有任何燃烧，得亏我人品好

Himalaya · 发表于 2016-1-27 17:18

昌乐快飞发表于 2016-1-27 17:10
对楼主的探索精神和折腾程度自然是佩服的五体投地，可是一开始就犯个错误不是很搞笑吗？难道一块电池高出 ...

非常好的安全提示。正如文中反复强调的。

4.35V vs 4.20V，多出来的容量确实位于高压部分（而不是在3V上下苟延残喘），你的笑点在哪里？

pcdiy001 · 发表于 2016-1-27 23:43

oakli 发表于 2016-1-27 16:47
请教专家楼主，有块3S控电,忘关掉控2天过放了，有两芯零电压，尝试B6（手上只有B6）快充，平衡和镍氢模式 ...

尝试下用最原始的充电器，类似手机那种非智能的，每节单个充下，一般接上一会就有3v左右电压，此时可改智能充电器，原则上可以救回，但据说内阻会激增，所幸控电包容性高些。

Zanquar · 发表于 2016-1-28 09:31

Himalaya 发表于 2016-1-27 16:48
请指教，一定要言无不尽啊。

129.96Wh-99.9Wh=30.06Wh，昌乐快飞是看到这个了吧

好贴顶起！！！

昌乐快飞 · 发表于 2016-1-28 09:37

Himalaya 发表于 2016-1-27 17:18
非常好的安全提示。正如文中反复强调的。

4.35V vs 4.20V，多出来的容量确实位于高压部分（而不是在3 ...

一块电池900g，有300g是4.35v的，有600g是4.2v的，怎么还没懂啊

Himalaya · 发表于 2016-1-28 09:42

昌乐快飞发表于 2016-1-28 09:37
一块电池900g，有300g是4.35v的，有600g是4.2v的，怎么还没懂啊

理解方式够个性

。

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