鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：1222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(chēng)為搖椅型電池，帶電離子在正負(fù)極之間運(yùn)動(dòng)，完成電荷轉(zhuǎn)移，給外部電路供電或許從外部電源充電。具體的充電過(guò)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(jìn)入電解液中，一起出現(xiàn)剩余電子經(jīng)過(guò)正極集流體，經(jīng)外部電路向負(fù)極運(yùn)動(dòng)；鋰離子在電解液中從正極向負(fù)極運(yùn)動(dòng)，穿過(guò)隔閡抵達(dá)負(fù)極；經(jīng)過(guò)負(fù)極外表的SEI膜嵌入到負(fù)極石墨層狀結(jié)構(gòu)中，并與電子結(jié)合。
在整個(gè)離子和電子的運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)電荷轉(zhuǎn)移出現(xiàn)影響的電池結(jié)構(gòu)，無(wú)論電化學(xué)的還是物理的，都將對(duì)快速充電功用出現(xiàn)影響。
快充，對(duì)電池各部分的要求
有關(guān)電池來(lái)說(shuō)，倘若要進(jìn)步功率功用，需求在電池全體的各個(gè)環(huán)節(jié)中都下功夫，首要蘊(yùn)含正極、負(fù)極、電解液、隔閡和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。
正極
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
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(shí)際上，各種正極資料幾乎都可以用來(lái)制造快充型電池，首要需求確保的功用蘊(yùn)含電導(dǎo)(削減內(nèi)阻)、擴(kuò)散(確保反響動(dòng)力學(xué))、壽數(shù)(不需求解說(shuō))、安全(不需求解說(shuō))、適當(dāng)?shù)某霎a(chǎn)功用(比外表積不可太大，削減副反響，為安全服務(wù))。
當(dāng)然，有關(guān)每種具體資料要解決的問(wèn)題可能有所差異，可是咱們一般常見(jiàn)的正極資料都可以經(jīng)過(guò)一系列的優(yōu)化來(lái)滿(mǎn)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(cè)重于解決電導(dǎo)、低溫方面的問(wèn)題。進(jìn)行碳包覆，適度納米化(留意，是適度，肯定不是越細(xì)越好的簡(jiǎn)單邏輯)，在顆粒外表解決構(gòu)成離子導(dǎo)體都是最為典型的策略。
b、三元資料本身電導(dǎo)現(xiàn)已比較好，可是其反響活性太高，因而三元資料少有進(jìn)行納米化的工作(納米化可不有什么萬(wàn)金油式的資料功用進(jìn)步的解藥，特別是在電池范疇中有時(shí)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(mén)就在于安全，近來(lái)的電池安全事故頻發(fā)也對(duì)此方面提出了更高的要求。
C、錳酸鋰是則有關(guān)壽數(shù)更為看重，今朝市面上也有不少錳酸鋰系的快充電池。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱(chēng)電壓：28.8V
標(biāo)稱(chēng)容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
負(fù)極
鋰離子電池充電的時(shí)分，鋰向負(fù)極搬遷。而快充大電流帶來(lái)的過(guò)高電位會(huì)導(dǎo)致負(fù)極電位更負(fù)，此刻負(fù)極敏捷接納鋰的壓力會(huì)變大，生成鋰枝晶的傾向會(huì)變大，因而快充時(shí)負(fù)極不僅要滿(mǎn)意鋰擴(kuò)散的動(dòng)力學(xué)要求，更要解決鋰枝晶生成傾向加重帶來(lái)的安全性問(wèn)題，所以快充電芯實(shí)際上首要的技能難點(diǎn)為鋰離子在負(fù)極的嵌入。
A、今朝市場(chǎng)上占有控制位置的負(fù)極資料依然是石墨(占市場(chǎng)份額的90%左右)，底子原由無(wú)他便宜，以及石墨綜合的出產(chǎn)功用、能量密度方面都比較優(yōu)秀，缺陷相對(duì)較少。石墨負(fù)極當(dāng)然也有問(wèn)題，其外表有關(guān)電解液較為靈巧，鋰的嵌入反響帶有強(qiáng)的方向性，因而進(jìn)行石墨外表解決，進(jìn)步其結(jié)構(gòu)安穩(wěn)性，促使鋰離子在基上的擴(kuò)散是首要需求努力的方向。
b、硬碳和軟碳類(lèi)資料近年來(lái)也有不少的開(kāi)展：硬碳資料嵌鋰電位高，材猜中有微孔因而反響動(dòng)力學(xué)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(qián)較高(并且想像石墨相同便宜恐怕從工業(yè)視點(diǎn)上看期待不大)，因而今朝用量遠(yuǎn)不及石墨，更多用在一些特種電池上。
C、鈦酸鋰怎么？簡(jiǎn)單說(shuō)一下：鈦酸鋰的長(zhǎng)處是功率密度高，較安全，缺陷也顯著，能量密度很低，按Wh計(jì)算本錢(qián)很高。因而有關(guān)鈦酸鋰離子電池的觀點(diǎn)是一種有用的在特定場(chǎng)合下有優(yōu)點(diǎn)的技能，可是有關(guān)很多對(duì)本錢(qián)、續(xù)航路程要求較高的場(chǎng)合并不太適用。
D、硅負(fù)極資料是緊要的開(kāi)展方向，松下的新式18650電池現(xiàn)已開(kāi)端了對(duì)此類(lèi)資料的商用進(jìn)程。可是怎么在納米化尋求功用與電池工業(yè)有關(guān)資料的一般微米級(jí)的要求方面到達(dá)一個(gè)平衡，仍是比較有挑戰(zhàn)性的工作。
隔閡
有關(guān)功率型電池，大電流工刁難其安全、壽數(shù)上供應(yīng)了更高的要求。隔閡涂層技能是繞不開(kāi)的，陶瓷涂層隔閡由于其高安全、可以耗費(fèi)電解液中雜質(zhì)等特性正在敏捷推開(kāi)，特別有關(guān)三元電池安全性的進(jìn)步效果格外顯著。
陶瓷隔閡今朝首要運(yùn)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(zhì)纖維涂在隔閡上，這樣的隔閡的內(nèi)阻更低，纖維有關(guān)隔閡的力學(xué)支撐效果更優(yōu)，并且在服役過(guò)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(dǎo)致短路，清華大學(xué)資料學(xué)院南策文院士課題組技能支持的江蘇清陶動(dòng)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(zhì)纖維的隔閡
電解液
電解液有關(guān)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(mǎn)意以下幾個(gè)特性：A)不能分析，b)導(dǎo)電率要高，C)對(duì)正負(fù)極資料是慵懶的，不能反響或溶解。
倘若要到達(dá)這幾個(gè)要求，要害要用到添加劑和功用電解質(zhì)。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(lèi)、阻燃類(lèi)、防過(guò)充電類(lèi)的添加劑保護(hù)，才能一定程度上進(jìn)步其安全性。而鈦酸鋰離子電池的老大難問(wèn)題，高溫脹氣，也得靠高溫功用型電解液改進(jìn)。
電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
典型的一個(gè)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(dāng)所以并聯(lián)聯(lián)系，卷繞式則適當(dāng)所以串聯(lián)，因而前者內(nèi)阻要小的多，更適合用于功率型場(chǎng)合。
另外也可以在極耳數(shù)目上下功夫，解決內(nèi)阻和散熱問(wèn)題。此外運(yùn)用高電導(dǎo)的電極資料、運(yùn)用更多的導(dǎo)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(nèi)部電荷移動(dòng)和嵌入電極孔穴速率的因素，都會(huì)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(guān)正極，寧德時(shí)代開(kāi)發(fā)了超電子網(wǎng)技能，使得磷酸鐵鋰具有優(yōu)異的電子導(dǎo)電功用；在負(fù)極石墨外表，采用了快離子環(huán)技能潤(rùn)飾，潤(rùn)飾后的石墨統(tǒng)籌超級(jí)快充和高能量密度的特性，快充時(shí)負(fù)極不再呈現(xiàn)過(guò)量副產(chǎn)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(jí)70wh/kg以上的能量密度，完成10000次的循環(huán)壽數(shù)（話(huà)說(shuō)這個(gè)壽數(shù)蠻高的）。熱辦理方面，其熱辦理體系，充沛識(shí)別固定化學(xué)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(yùn)營(yíng)溫度。
沃特瑪
沃特瑪最近不太好，咱們只論技能。沃特瑪運(yùn)用的粒徑更小的磷酸鐵鋰，今朝市場(chǎng)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(jìn)行充放電。在電池以外的體系上，增強(qiáng)以熱辦理體系和體系安全設(shè)計(jì)。
微宏動(dòng)力
早期，微宏動(dòng)力選擇了能承受快充大電流、具有尖晶石結(jié)構(gòu)的鈦酸鋰+多孔復(fù)合碳做負(fù)極資料；為了戒備快充時(shí)高功率電流對(duì)電池安全性造成的威脅，微宏動(dòng)力結(jié)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(shí)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(dá)170wh/kg，完成15分鐘快充，方針定坐落統(tǒng)籌壽數(shù)和安全問(wèn)題。
珠海銀隆
鈦酸鋰負(fù)極，寬工作溫度范圍和大充放電倍率著稱(chēng)，具體技能辦法，沒(méi)有明確資料顯現(xiàn)。展會(huì)上與工作人員攀談，據(jù)稱(chēng)其快充現(xiàn)已可以完成10C，壽數(shù)20000次。
快充技能的將來(lái)
電動(dòng)汽車(chē)快充技能，是前史的方向還是稍縱即逝曇花一現(xiàn)，其完成在眾說(shuō)紛紜，并沒(méi)有定論。作為解決路程焦慮的一個(gè)備選辦法，它與電池能量密度和全體用車(chē)本錢(qián)放在一個(gè)渠道去考量。
能量密度與快充功用，在同一只電池中，可以說(shuō)是不相容的兩個(gè)方向，不可兼得。電池能量密度的尋求，今朝看是干流。當(dāng)能量密度足夠高，一臺(tái)車(chē)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(huì)下降；一起，電量大了，倘若電池度電本錢(qián)不夠低，那么是不是要可丁可卯的購(gòu)買(mǎi)足以不焦慮的電量，就需求消費(fèi)者做出選擇，這么一想，快充就有存在的價(jià)值。另外一個(gè)視點(diǎn)，便是快充配套設(shè)施本錢(qián)，這當(dāng)然是整個(gè)社會(huì)推電動(dòng)化的本錢(qián)的一部分。
