有关锂离子电池快充详解

锂离子电池充电就像倒啤酒，速度快，装满啤酒的速度也快，可是泡沫许多。倒的慢，速度慢，可是啤酒多，很实在。快充在节约了充电时刻的同时，也会对电池自身有较大的破坏。因为电池中存在极化现象，其能够接受的最大充电电流会跟着充放电循环的新增而减小，当持续充电且充电电流较大时，电极处的离子浓度升高，极化加重，电池端电压无法与充入的电量/能量直接线性份额地对应起来。同时大电流充电，内阻的增大会导致焦耳发热效应加重(Q=I2Rt)，带来副反应，如电解液的反应分解、产气等一系列问题，风险系数骤然新增，对电池安全性出现影响，非功率型电池的寿数必然会大幅缩短。

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正极资料

锂离子电池快充的进程，便是正极资料中Li+快速搬迁嵌入负极的进程。正极资料的粒径能影响电池电化学进程中的呼应时刻、离子的扩散途径等，据研究跟着资料的晶粒尺度削减，锂离子的扩散系数增大。可是，跟着资料颗粒尺度减小，在生产中制浆就会呈现严重的颗粒聚会、构成涣散不均匀，同时纳米颗粒会下降极片的压实密度，并在充放电进程中与电解液触摸面积增多副反应，影响电池的功能。

比较靠谱的办法是对正极资料进行包覆改性，例如LFP自身导电性就不太好，对其进行外表包覆碳资料或其它资料后能够进步其导电性，有利于进步电池的快速充电功能。

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负极资料

锂离子电池快充即意味着锂离子快速脱出并游向负极，这时候就需求负极资料具有快速的嵌锂才能。用于锂离子电池快充的负极资料包含碳资料、钛酸锂及其它的一些新型资料。

有关碳资料来讲，因为嵌锂电位和锂分出的电位差不多，常规充电的情况下一般是锂离子优先嵌入石墨，可是在快充或低温条件下，锂离子或许会在外表分出构成枝晶锂。枝晶锂刺破SEI，会构成Li+二次损耗，下降电池容量。当锂金属达到必定量后就会从负极向隔膜生长，构成电池短路的风险。

有关LTO来讲，其自身归于零应变性的含氧负极资料，在电池工作时不会出现SEI，其与锂离子的结合才能更强，能够满意快充快放的要求。同时也正是因为无法构成SEI，负极资料会与电解液直触摸摸，促进了副反应的发生，LTO电池产气的问题迟迟无法处理，只能通过外表改性的方式得以缓解。

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电极液

前面也说到，快充进程中因为锂离子搬迁速度和电子传输速率不一致，电池会存在较大的极化。那么为了尽量削减电池极化引起的负面反应，需求从下面三点将是电解液的研制方向：1、高解离度电解质盐；2、溶剂复合-粘度更低；3、界面操控-膜阻抗更低。

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生产工艺与快充的联系

之前分别从正负极资料、电极液等三个要害资料分析了快充对其的要求和影响，下面来讲影响比较大的工艺规划。电池制造工艺参数直接影响电池活化前后锂离子在电池各部分中的搬迁阻力，因而电池制备工艺参数有关锂离子电池功能的发挥具有重要的影响。

（1）浆料

有关浆料的性质，一方面是要坚持导电剂的均匀涣散。因为导电剂在活性物质颗粒之间散布均匀，在活性物质之间、活性物质与集流体之间可构成较均匀的导电网络，具有收集微电流的用途，下降触摸电阻，能够进步电子的移动速率。另一方面是防止导电剂的过涣散。在充放电进程中，正负极资料晶体结构会发生改变，或许构成导电剂的剥离掉落，使电池内阻升高，影响功能。

（2）极片面密度

理论上来讲，倍率型电池与高容量电池不可兼得。正负极极片面密度较低时，能够增大锂离子的扩散速度，下降离子和电子搬迁阻力。面密度越低，极片越薄，在充放电中锂离子不断的嵌入与脱出对极片结构构成的改变也越小。可是面密度过低的话，就会下降电池能量密度，成本升高，所以需求对面密度综合考虑。下图是个钴酸锂离子电池6C充电1C放电的例子，能够看看：

（3）极片涂布一致性

之前有朋友问到，极片面密度不一致对电池会有影响吗？这儿趁便说一下，有关快充功能来讲，重要是负极极片的一致性。假如负极面密度不一致，通过辊压之后，活物质的内部孔隙率就会存在较大差异。孔隙率的差异会引起内部电流散布的差异，在电池化成阶段影响SEI的构成及功能，终究影响电池快充功能。

（4）极片压实密度

极片为何要压实？一是进步电池比能量，二是进步电池功能。电极资料不同，最佳压实密度也不同。进步压实密度，电极极片的孔隙率越小，颗粒之间衔接的越紧密，相同的面密度下极片的厚度越小，因而可减小锂离子的搬迁途径。当压实密度过大时，电解液滋润用途不好，或许会破坏资料结构和导电剂散布，后期会呈现卷绕问题。同样是钴酸锂离子电池6C充电1C放电，压实密度对放电比容量的影响如下图：

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化成老化及其它

对碳负极电池来讲，化成-老化是锂离子电池的要害工艺，此进程会影响SEI的质量。SEI厚度不均匀或结构不安稳，会影响电池快充才能和循环寿数。

除了以上几个重要因素外，电芯制造、充放电准则都会对锂离子电池功能有较大影响。跟着使用时刻延长，应适度下降电池充电倍率，否则会加重极化。

结语

锂离子电池快速充放电的实质便是，锂离子能够快速在正负极资料间脱嵌。电池资料性质、工艺规划、充放电准则都会对大电流充电功能有影响。正负极资料的结构安稳性利于在快速脱锂的进程中不会构成结构的崩塌破坏，锂离子在资料中扩散速度较快，以承受大电流充电。因为离子搬迁速度和电子传输速率不匹配，在充放电进程中会呈现极化现象，要尽量削减极化，防止锂金属分出，下降容量影响寿数