CCCV充电通过降低充电后期的极化并抑制寄生性氯析出，使高载量天然鳞片石墨正极受益。在恒流阶段，电池接受快速的大容量充电；达到上限电压后，恒压阶段允许电流逐渐降低，使电极逐步接近更均衡的状态。在铝离子电池研发中，这种方式可在50 mA g⁻¹至2.5 A g⁻¹的电流密度范围内保持最高达150 mAh g⁻¹的放电容量，而仅采用恒流充电时，容量可能下降至约40 mAh g⁻¹。
对于高载量石墨正极而言，CCCV不仅是充电便利性措施：它能够控制充电末期的高极化阶段，此时寄生性电解液反应最具破坏性，从而提高性能测量的有效性和耐久性。
为什么高载量石墨需要更好的充电控制
高载量提高实际面容量
载量接近10 mg cm⁻²的天然鳞片石墨正极，其面容量最高可达到约1.5 mAh cm⁻²。与非常薄的实验室涂层相比，这使其更贴近实际电极设计。
然而，更厚的电极会带来更长的传输路径、更大的电解液渗透阻力，以及沿电极厚度方向更不均匀的电流分布。
快速充电期间极化更加严重
在高电流密度下，电池电压中由离子传输限制、电子电阻和界面极化造成的贡献会不断增加。当大量石墨必须通过相对较厚的电极结构进行充电时，这些影响会进一步放大。
因此，在活性材料尚未均匀充电之前，电极可能已经达到截止电压。此时继续强制施加相同电流，可能会增加过电位，而不会改善有效电荷存储。
CCCV协议的作用
恒流阶段实现高效的大容量充电
随着电池电压升高并接近上限截止电压，恒流阶段快速提供电荷。这是充电过程中效率较高的阶段，因为在充电末期极化占主导之前，电极能够接受相对较大的电流。
对于倍率性能研究，可在较宽范围内选择恒流充电倍率，包括约50 mA g⁻¹至2.5 A g⁻¹，以评估石墨正极在不同充电要求下的表现。
恒压阶段降低充电末期的驱动力
当电池达到电压上限时，测试仪保持电压恒定，而不是继续强制施加原始电流。随着电极继续接受电荷，以及驱动电阻过程和界面过程的电压差减小，电流随之衰减。
对于高载量电极而言，这种逐渐降低电流的过程尤为重要，因为此类电极更容易形成浓度梯度和局部电压波动。
恒压阶段抑制氯析出
在仅采用恒流充电时，高电流密度可能使石墨正极保持较大的极化。在铝离子体系所使用的酸性离子液体电解液中，这可能促进包括氯析出在内的非期望二次反应。
恒压步骤通过允许电流自然降低，限制了充电后期的应力。因此，较少的电荷会被分流至寄生反应，更多电荷能够用于可逆电化学存储。
该协议提高测得的放电容量
其实际效果十分显著：CCCV运行可在上述电流密度范围内维持最高约150 mAh g⁻¹的放电容量。如果没有受控的恒压保持阶段，寄生反应和降解可能会使高电流密度下的容量降至约40 mAh g⁻¹。
这一提升既体现了对副反应更好的抑制，也体现了对石墨电极更充分的利用。
CCCV对铝离子电池研发的重要性
将充电速度与充电末期应力分离
仅采用恒流充电的协议，假设电极在整个充电过程中、无论处于何种荷电状态，都可以安全地接受相同电流。接近上限电压时，这一假设会变得越来越不准确。
CCCV使研究人员能够保留快速的大容量充电，同时在极化和寄生反应最严重的阶段实施更温和的控制。
产生更具代表性的高载量数据
高载量电极旨在展示实际面性能，而不仅仅是材料的本征容量。如果充电协议导致氯析出或严重极化，那么测得的结果反映的不仅是石墨实际的电化学能力，也包含协议诱发的损伤。
因此，受控的CCCV流程能够为比较电极配方、载量水平和电流密度提供更有意义的依据。
提高测试重复性
可编程电池测试系统能够设定恒流倍率、上限电压、恒压终止电流、静置时间和循环顺序。系统还可以记录恒压阶段的电流衰减，这为评估电极接近电压上限的难易程度提供了有用指标。
这些控制措施有助于区分可逆容量与充电相关的副反应，并在标准化条件下比较不同电池。
电极制备仍然决定CCCV能否发挥作用
机械完整性是前提
CCCV无法纠正厚石墨涂层中的颗粒接触不良、粘附力不足或分层问题。高载量鳞片石墨电极应以足够的精度进行压实，从而在颗粒之间以及颗粒与集流体之间建立均匀接触。
如果缺乏这一机械基础，局部电阻差异可能会形成热点、造成电流分布不均，并导致电压过早截止。
压实必须受控，不能过度
压实不足可能会留下空隙和薄弱的导电通路，而过度压实则可能限制电解液进入并阻碍离子传输。目标是获得机械稳定、接触一致且具有足够可利用孔隙率的电极。
因此，压实过程应被视为电化学测试方法的一部分，而不是独立的制造细节。
理解其中的权衡
CCCV会延长充电时间
由于充电过程中电流逐渐降低，恒压阶段必然需要额外时间。终止于足够低电流的协议可能提供更好的电化学控制，但会降低整体测试通量。
研究人员在比较结果时，应报告恒压终止条件和总充电时间。
CCCV无法消除所有副反应
该协议能够降低电流驱动型寄生反应的严重程度，但不能保证氯析出或电解液分解完全消失。电解液组成、电压窗口、温度、电极表面状态和电池设计仍然是重要变量。
因此，在适当情况下，应通过库仑效率、气体析出、阻抗和循环后分析，对CCCV下获得的高容量进行验证。
容量比较需要保持归一化方式一致
对于高载量电极而言，以mAh g⁻¹表示的比容量和以mAh cm⁻²表示的面容量都很重要。如果载量、电极密度或活性材料比例发生变化，某种协议可能提高质量比容量，却产生不同的实际结果。
请使用一致的质量定义，并明确报告载量。
通用锂离子电池CCCV指导原则不能直接照搬
恒流转恒压原则具有广泛适用性，但电压限制、终止电流、电解液反应和热行为必须根据所研究的铝离子化学体系进行选择。未经验证，不应直接复制锂离子电池的充电惯例。
根据目标做出正确选择
最有用的CCCV实施方案，应围绕电极载量、电流密度、电解液和失效模式进行设计。
- 如果您的主要目标是最大化高倍率可逆容量：采用受控的恒流阶段，随后进行电流逐渐降低的恒压保持，并监测在升高电流密度下容量是否仍接近150 mAh g⁻¹。
- 如果您的主要目标是抑制氯析出：利用恒压阶段降低充电后期电流，并跟踪电流衰减、气体生成和循环后电极状态。
- 如果您的主要目标是实际电极性能：在高载量条件下同时评估比容量和面容量，并使用经过精确压实且机械完整性得到验证的电极。
- 如果您的主要目标是实现可重复的研发基准测试：设定固定的恒流、恒压、截止电流、温度和静置条件，使电池能够在不受协议引入的差异影响下进行比较。
对于高载量天然鳞片石墨正极，设计良好的CCCV协议能够将充电末期从寄生损伤的主要来源转变为受控的测量和利用阶段。
总结表：
| 优势 | 描述 | 影响 |
|---|---|---|
| 降低极化 | 恒压阶段允许电流逐渐降低，从而减小过电位 | 防止电压过早截止并提高充电利用率 |
| 抑制氯析出 | 限制充电末期应力，最大限度减少寄生反应 | 保持可逆容量和电极完整性 |
| 提高容量保持率 | 可维持最高150 mAh g⁻¹，而仅恒流充电时约为40 mAh g⁻¹ | 在高电流密度下提供可靠性能 |
| 提高测试重复性 | 标准化恒流/恒压参数并记录电流衰减 | 为不同实验提供一致的基准比较 |
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