鉅大LARGE | 點擊量：1208次 | 2021年09月02日
有什么因素影響鋰離子電池的快充能力？
鋰離子電池被稱為搖椅型電池，帶電離子在正負極之間運動，完成電荷轉移，給外部電路供電或許從外部電源充電。具體的充電過程中，外電壓加載在電池的南北極，鋰離子從正極材猜中脫嵌，進入電解液中，一起出現剩余電子經過正極集流體，經外部電路向負極運動；鋰離子在電解液中從正極向負極運動，穿過隔閡抵達負極；經過負極外表的SEI膜嵌入到負極石墨層狀結構中，并與電子結合。
在整個離子和電子的運行過程中，對電荷轉移出現影響的電池結構，無論電化學的還是物理的，都將對快速充電功用出現影響。
快充，對電池各部分的要求
有關電池來說，倘若要進步功率功用，需求在電池全體的各個環(huán)節(jié)中都下功夫，首要蘊含正極、負極、電解液、隔閡和結構設計等。
正極
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
實際上，各種正極資料幾乎都可以用來制造快充型電池，首要需求確保的功用蘊含電導(削減內阻)、擴散(確保反響動力學)、壽數(不需求解說)、安全(不需求解說)、適當的出產功用(比外表積不可太大，削減副反響，為安全服務)。
當然，有關每種具體資料要解決的問題可能有所差異，可是咱們一般常見的正極資料都可以經過一系列的優(yōu)化來滿意這些要求，可是不同資料也有所差別：
A、磷酸鐵鋰可能更側重于解決電導、低溫方面的問題。進行碳包覆，適度納米化(留意，是適度，肯定不是越細越好的簡單邏輯)，在顆粒外表解決構成離子導體都是最為典型的策略。
b、三元資料本身電導現已比較好，可是其反響活性太高，因而三元資料少有進行納米化的工作(納米化可不有什么萬金油式的資料功用進步的解藥，特別是在電池范疇中有時還有好多反用途)，更多在重視安全性和按捺(與電解液的)副反響，畢竟今朝三元資料的一大命門就在于安全，近來的電池安全事故頻發(fā)也對此方面提出了更高的要求。
C、錳酸鋰是則有關壽數更為看重，今朝市面上也有不少錳酸鋰系的快充電池。
負極
鋰離子電池充電的時分，鋰向負極搬遷。而快充大電流帶來的過高電位會導致負極電位更負，此刻負極敏捷接納鋰的壓力會變大，生成鋰枝晶的傾向會變大，因而快充時負極不僅要滿意鋰擴散的動力學要求，更要解決鋰枝晶生成傾向加重帶來的安全性問題，所以快充電芯實際上首要的技能難點為鋰離子在負極的嵌入。
A、今朝市場上占有控制位置的負極資料依然是石墨(占市場份額的90%左右)，底子原由無他便宜，以及石墨綜合的出產功用、能量密度方面都比較優(yōu)秀，缺陷相對較少。石墨負極當然也有問題，其外表有關電解液較為靈巧，鋰的嵌入反響帶有強的方向性，因而進行石墨外表解決，進步其結構安穩(wěn)性，促使鋰離子在基上的擴散是首要需求努力的方向。
b、硬碳和軟碳類資料近年來也有不少的開展：硬碳資料嵌鋰電位高，材猜中有微孔因而反響動力學功用良好；而軟碳資料與電解液相容性好，MCMb資料也很有代表性，只是硬軟碳資料普遍功率偏低，本錢較高(并且想像石墨相同便宜恐怕從工業(yè)視點上看期待不大)，因而今朝用量遠不及石墨，更多用在一些特種電池上。
C、鈦酸鋰怎么？簡單說一下：鈦酸鋰的長處是功率密度高，較安全，缺陷也顯著，能量密度很低，按Wh計算本錢很高。因而有關鈦酸鋰離子電池的觀點是一種有用的在特定場合下有優(yōu)點的技能，可是有關很多對本錢、續(xù)航路程要求較高的場合并不太適用。
D、硅負極資料是緊要的開展方向，松下的新式18650電池現已開端了對此類資料的商用進程。可是怎么在納米化尋求功用與電池工業(yè)有關資料的一般微米級的要求方面到達一個平衡，仍是比較有挑戰(zhàn)性的工作。
隔閡
有關功率型電池，大電流工刁難其安全、壽數上供應了更高的要求。隔閡涂層技能是繞不開的，陶瓷涂層隔閡由于其高安全、可以耗費電解液中雜質等特性正在敏捷推開，特別有關三元電池安全性的進步效果格外顯著。
陶瓷隔閡今朝首要運用的體系是把氧化鋁顆粒涂布在傳統(tǒng)隔閡外表，比較新穎的做法是將固態(tài)電解質纖維涂在隔閡上，這樣的隔閡的內阻更低，纖維有關隔閡的力學支撐效果更優(yōu)，并且在服役過程中其堵塞隔閡孔的傾向更低。
涂層以后的隔閡，安穩(wěn)性好，即使溫度比較高，也不容易縮短變形導致短路，清華大學資料學院南策文院士課題組技能支持的江蘇清陶動力公司在此方面就有一些代表性的工作，隔閡如下圖所示。
涂布固態(tài)電解質纖維的隔閡
電解液
電解液有關快充鋰離子電池的功用影響很大。要確保電池在快充大電流下的安穩(wěn)和安全性，此刻電解液要滿意以下幾個特性：A)不能分析，b)導電率要高，C)對正負極資料是慵懶的，不能反響或溶解。
倘若要到達這幾個要求，要害要用到添加劑和功用電解質。比如三元快充電池的安全受其影響很大，非得向其中參加各種抗高溫類、阻燃類、防過充電類的添加劑保護，才能一定程度上進步其安全性。而鈦酸鋰離子電池的老大難問題，高溫脹氣，也得靠高溫功用型電解液改進。
電池結構設計
典型的一個優(yōu)化策略便是疊層式VS卷繞式，疊層式電池的電極之間適當所以并聯聯系，卷繞式則適當所以串聯，因而前者內阻要小的多，更適合用于功率型場合。
另外也可以在極耳數目上下功夫，解決內阻和散熱問題。此外運用高電導的電極資料、運用更多的導電劑、涂布更薄的電極也都是可以考慮的策略。
總之，影響電池內部電荷移動和嵌入電極孔穴速率的因素，都會影響鋰離子電池快速充電才能。
干流廠家快充技能道路概覽
CATL
有關正極，寧德時代開發(fā)了超電子網技能，使得磷酸鐵鋰具有優(yōu)異的電子導電功用；在負極石墨外表，采用了快離子環(huán)技能潤飾，潤飾后的石墨統(tǒng)籌超級快充和高能量密度的特性，快充時負極不再呈現過量副產物，使其具備4-5C快充才能，完成10-15分鐘快充充電，并能確保體系等級70wh/kg以上的能量密度，完成10000次的循環(huán)壽數（話說這個壽數蠻高的）。熱辦理方面，其熱辦理體系，充沛識別固定化學體系在不同溫度和SOC下的健康充電區(qū)間，極大拓展鋰離子電池的運營溫度。
沃特瑪
沃特瑪最近不太好，咱們只論技能。沃特瑪運用的粒徑更小的磷酸鐵鋰，今朝市場上普遍的磷酸鐵鋰粒徑在300~600nm之間，而沃特瑪只用100~300nm的磷酸鐵鋰，這樣鋰離子將擁有更快的搬遷速度，可以更大倍率的電流進行充放電。在電池以外的體系上，增強以熱辦理體系和體系安全設計。
微宏動力
早期，微宏動力選擇了能承受快充大電流、具有尖晶石結構的鈦酸鋰+多孔復合碳做負極資料；為了戒備快充時高功率電流對電池安全性造成的威脅，微宏動力結合不焚燒電解液、高孔隙率高透氣性隔閡技能以及STL智能熱控流體技能，在完成電池快充時保證電池的安全性。
2017年，其公布了新一代高能量密度電池，采用高容量高功率錳酸鋰正極資料，單體能量密度到達170wh/kg，完成15分鐘快充，方針定坐落統(tǒng)籌壽數和安全問題。
珠海銀隆
鈦酸鋰負極，寬工作溫度范圍和大充放電倍率著稱，具體技能辦法，沒有明確資料顯現。展會上與工作人員攀談，據稱其快充現已可以完成10C，壽數20000次。
快充技能的將來
電動汽車快充技能，是前史的方向還是稍縱即逝曇花一現，其完成在眾說紛紜，并沒有定論。作為解決路程焦慮的一個備選辦法，它與電池能量密度和全體用車本錢放在一個渠道去考量。
能量密度與快充功用，在同一只電池中，可以說是不相容的兩個方向，不可兼得。電池能量密度的尋求，今朝看是干流。當能量密度足夠高，一臺車裝載電量足夠大，足以戒備所謂路程焦慮，電池倍率充電功用的需求就會下降；一起，電量大了，倘若電池度電本錢不夠低，那么是不是要可丁可卯的購買足以不焦慮的電量，就需求消費者做出選擇，這么一想，快充就有存在的價值。另外一個視點，便是快充配套設施本錢，這當然是整個社會推電動化的本錢的一部分。
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