钜大LARGE | 点击量：1198次 | 2021年09月02日
有什么因素影响锂离子电池的快充能力？
锂离子电池被称为摇椅型电池，带电离子在正负极之间运动，完成电荷转移，给外部电路供电或许从外部电源充电。具体的充电过程中，外电压加载在电池的南北极，锂离子从正极材猜中脱嵌，进入电解液中，一起出现剩余电子经过正极集流体，经外部电路向负极运动；锂离子在电解液中从正极向负极运动，穿过隔阂抵达负极；经过负极外表的SEI膜嵌入到负极石墨层状结构中，并与电子结合。
在整个离子和电子的运行过程中，对电荷转移出现影响的电池结构，无论电化学的还是物理的，都将对快速充电功用出现影响。
快充，对电池各部分的要求
有关电池来说，倘若要进步功率功用，需求在电池全体的各个环节中都下功夫，首要蕴含正极、负极、电解液、隔阂和结构设计等。
正极
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
实际上，各种正极资料几乎都可以用来制造快充型电池，首要需求确保的功用蕴含电导(削减内阻)、扩散(确保反响动力学)、寿数(不需求解说)、安全(不需求解说)、适当的出产功用(比外表积不可太大，削减副反响，为安全服务)。
当然，有关每种具体资料要解决的问题可能有所差异，可是咱们一般常见的正极资料都可以经过一系列的优化来满意这些要求，可是不同资料也有所差别：
A、磷酸铁锂可能更侧重于解决电导、低温方面的问题。进行碳包覆，适度纳米化(留意，是适度，肯定不是越细越好的简单逻辑)，在颗粒外表解决构成离子导体都是最为典型的策略。
b、三元资料本身电导现已比较好，可是其反响活性太高，因而三元资料少有进行纳米化的工作(纳米化可不有什么万金油式的资料功用进步的解药，特别是在电池范畴中有时还有好多反用途)，更多在重视安全性和按捺(与电解液的)副反响，毕竟今朝三元资料的一大命门就在于安全，近来的电池安全事故频发也对此方面提出了更高的要求。
C、锰酸锂是则有关寿数更为看重，今朝市面上也有不少锰酸锂系的快充电池。
负极
锂离子电池充电的时分，锂向负极搬迁。而快充大电流带来的过高电位会导致负极电位更负，此刻负极敏捷接纳锂的压力会变大，生成锂枝晶的倾向会变大，因而快充时负极不仅要满意锂扩散的动力学要求，更要解决锂枝晶生成倾向加重带来的安全性问题，所以快充电芯实际上首要的技能难点为锂离子在负极的嵌入。
A、今朝市场上占有控制位置的负极资料依然是石墨(占市场份额的90%左右)，底子原由无他便宜，以及石墨综合的出产功用、能量密度方面都比较优秀，缺陷相对较少。石墨负极当然也有问题，其外表有关电解液较为灵巧，锂的嵌入反响带有强的方向性，因而进行石墨外表解决，进步其结构安稳性，促使锂离子在基上的扩散是首要需求努力的方向。
b、硬碳和软碳类资料近年来也有不少的开展：硬碳资料嵌锂电位高，材猜中有微孔因而反响动力学功用良好；而软碳资料与电解液相容性好，MCMb资料也很有代表性，只是硬软碳资料普遍功率偏低，本钱较高(并且想像石墨相同便宜恐怕从工业视点上看期待不大)，因而今朝用量远不及石墨，更多用在一些特种电池上。
C、钛酸锂怎么？简单说一下：钛酸锂的长处是功率密度高，较安全，缺陷也显着，能量密度很低，按Wh计算本钱很高。因而有关钛酸锂离子电池的观点是一种有用的在特定场合下有优点的技能，可是有关很多对本钱、续航路程要求较高的场合并不太适用。
D、硅负极资料是紧要的开展方向，松下的新式18650电池现已开端了对此类资料的商用进程。可是怎么在纳米化寻求功用与电池工业有关资料的一般微米级的要求方面到达一个平衡，仍是比较有挑战性的工作。
隔阂
有关功率型电池，大电流工刁难其安全、寿数上供应了更高的要求。隔阂涂层技能是绕不开的，陶瓷涂层隔阂由于其高安全、可以耗费电解液中杂质等特性正在敏捷推开，特别有关三元电池安全性的进步效果格外显著。
陶瓷隔阂今朝首要运用的体系是把氧化铝颗粒涂布在传统隔阂外表，比较新颖的做法是将固态电解质纤维涂在隔阂上，这样的隔阂的内阻更低，纤维有关隔阂的力学支撑效果更优，并且在服役过程中其堵塞隔阂孔的倾向更低。
涂层以后的隔阂，安稳性好，即使温度比较高，也不容易缩短变形导致短路，清华大学资料学院南策文院士课题组技能支持的江苏清陶动力公司在此方面就有一些代表性的工作，隔阂如下图所示。
涂布固态电解质纤维的隔阂
电解液
电解液有关快充锂离子电池的功用影响很大。要确保电池在快充大电流下的安稳和安全性，此刻电解液要满意以下几个特性：A)不能分析，b)导电率要高，C)对正负极资料是慵懒的，不能反响或溶解。
倘若要到达这几个要求，要害要用到添加剂和功用电解质。比如三元快充电池的安全受其影响很大，非得向其中参加各种抗高温类、阻燃类、防过充电类的添加剂保护，才能一定程度上进步其安全性。而钛酸锂离子电池的老大难问题，高温胀气，也得靠高温功用型电解液改进。
电池结构设计
典型的一个优化策略便是叠层式VS卷绕式，叠层式电池的电极之间适当所以并联联系，卷绕式则适当所以串联，因而前者内阻要小的多，更适合用于功率型场合。
另外也可以在极耳数目上下功夫，解决内阻和散热问题。此外运用高电导的电极资料、运用更多的导电剂、涂布更薄的电极也都是可以考虑的策略。
总之，影响电池内部电荷移动和嵌入电极孔穴速率的因素，都会影响锂离子电池快速充电才能。
干流厂家快充技能道路概览
CATL
有关正极，宁德时代开发了超电子网技能，使得磷酸铁锂具有优异的电子导电功用；在负极石墨外表，采用了快离子环技能润饰，润饰后的石墨统筹超级快充和高能量密度的特性，快充时负极不再呈现过量副产物，使其具备4-5C快充才能，完成10-15分钟快充充电，并能确保体系等级70wh/kg以上的能量密度，完成10000次的循环寿数（话说这个寿数蛮高的）。热办理方面，其热办理体系，充沛识别固定化学体系在不同温度和SOC下的健康充电区间，极大拓展锂离子电池的运营温度。
沃特玛
沃特玛最近不太好，咱们只论技能。沃特玛运用的粒径更小的磷酸铁锂，今朝市场上普遍的磷酸铁锂粒径在300~600nm之间，而沃特玛只用100~300nm的磷酸铁锂，这样锂离子将拥有更快的搬迁速度，可以更大倍率的电流进行充放电。在电池以外的体系上，增强以热办理体系和体系安全设计。
微宏动力
早期，微宏动力选择了能承受快充大电流、具有尖晶石结构的钛酸锂+多孔复合碳做负极资料；为了戒备快充时高功率电流对电池安全性造成的威胁，微宏动力结合不焚烧电解液、高孔隙率高透气性隔阂技能以及STL智能热控流体技能，在完成电池快充时保证电池的安全性。
2017年，其公布了新一代高能量密度电池，采用高容量高功率锰酸锂正极资料，单体能量密度到达170wh/kg，完成15分钟快充，方针定坐落统筹寿数和安全问题。
珠海银隆
钛酸锂负极，宽工作温度范围和大充放电倍率著称，具体技能办法，没有明确资料显现。展会上与工作人员攀谈，据称其快充现已可以完成10C，寿数20000次。
快充技能的将来
电动汽车快充技能，是前史的方向还是稍纵即逝昙花一现，其完成在众说纷纭，并没有定论。作为解决路程焦虑的一个备选办法，它与电池能量密度和全体用车本钱放在一个渠道去考量。
能量密度与快充功用，在同一只电池中，可以说是不相容的两个方向，不可兼得。电池能量密度的寻求，今朝看是干流。当能量密度足够高，一台车装载电量足够大，足以戒备所谓路程焦虑，电池倍率充电功用的需求就会下降；一起，电量大了，倘若电池度电本钱不够低，那么是不是要可丁可卯的购买足以不焦虑的电量，就需求消费者做出选择，这么一想，快充就有存在的价值。另外一个视点，便是快充配套设施本钱，这当然是整个社会推电动化的本钱的一部分。
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