關(guān)于快充常見問題的幾個(gè)科普回答
首要介紹電池充電中的“C”的概念。這個(gè)概念十分重要，是電池討論剖析中最常用的術(shù)語。電池中的倍率縮寫是Current-Rate--“A C rate is a measure of the rate at which a battery is discharged relative to its maximum capacity. A 1C rate means that the discharge current will discharge the entire battery in 1 hour.”就是電池在規(guī)則的時(shí)間內(nèi)放出其額外容量所輸出的電流值，1C表明用1個(gè)小時(shí)將電池電量放完所需求的電流巨細(xì)。2C就表明0.5小時(shí)放完所需求的電流巨細(xì)。倍率越大，也就意味著電流越大。
之后就是快充的界說：望文生義，快充即對二次可充放電池的快速充電的進(jìn)程，其實(shí)多快算快，多快就不算快也沒有一個(gè)特別嚴(yán)厲的界說，可是一般情況下能夠簡略化的理解為在小于1小時(shí)內(nèi)充電的準(zhǔn)則(即充電速率大于1C)。知乎上經(jīng)常有人咨詢筆者各種快充的問題，在這里，筆者首要要著重幾個(gè)概念，供科普用：
電池的充電一般都是靠丈量其電壓來測定充放電程度的，運(yùn)用庫侖計(jì)的是少量，而這種情況下電池充/放電的電量顯實(shí)際際上僅僅一個(gè)電池實(shí)時(shí)電壓的換算聯(lián)系?？斐渑c慢充比較，會帶來很大的過電壓(電流變大，U=IR，電池內(nèi)阻會奉獻(xiàn)更大的過電壓)，化學(xué)分散反響也會跟不上，此刻盡管電池可能外表上充到了一個(gè)高電壓值而顯現(xiàn)電量很高，實(shí)際上并沒有充進(jìn)那么多電，
任何電池其實(shí)都能快充充“滿”電，在這里的“滿”其實(shí)僅僅電壓提了上去，無法與充入的電量/能量直接線性份額地對應(yīng)起來。并且在這些時(shí)分，大電流充電會導(dǎo)致焦耳發(fā)熱效應(yīng)加重(Q=I2Rt)，并帶來電池內(nèi)的資料副反響分化、產(chǎn)氣等一系列問題，風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)驟然添加，至于此條件下電池的壽數(shù)就更不必提了，非功率型電池的壽數(shù)必定會大幅縮短：因而其實(shí)是大部分廠家自己為了安全可靠，出于歸納考慮，廠家規(guī)劃了電路為電池限制了充電電流的上限，不讓我們運(yùn)用快充。
所以如果電池想要快充，關(guān)于其功率相關(guān)的功用要求也就更高，內(nèi)阻低就是很重要的一條(Q=I2Rt，小的電阻值R能夠削減焦耳發(fā)熱量)，在這種情況下，運(yùn)用高電導(dǎo)的電極資料(碳包覆，改性進(jìn)步鋰分散系數(shù)，減小粒徑縮短分散途徑)、運(yùn)用更多的導(dǎo)電劑、涂布更薄的電極(讓傳質(zhì)分散距離變短)都是典型的功率快充型電池的規(guī)劃思路。以上這些規(guī)劃理念當(dāng)然也會與尋求能量密度的目標(biāo)有所抵觸，魚與熊掌不可兼得。
所述特性的功率型電池，比起能量型電池更為合適快充，這意味著其內(nèi)阻小，充電發(fā)熱量低，副反響更少，安全功用更好，比起能量型/那些大部分不合適快充的電池，在大電流快充時(shí)其電壓與充入電量/能量的對應(yīng)聯(lián)系更優(yōu)，通俗的講就是：發(fā)熱少，更安全，真的能充進(jìn)那么多電，而不是僅僅顯現(xiàn)著如同能充進(jìn)去。
老生常談的一個(gè)簡略判據(jù)，如果有人揄揚(yáng)他的快充技能，你必定要折算一下充電功率，然后看看這個(gè)充電功率需求對應(yīng)多粗的電線，單這一條判據(jù)就足夠篩走90%不靠譜的快充假新聞了。
快充電池，關(guān)于電池各部分的要求？
如果電池想要快充，關(guān)于其功率相關(guān)的功用要求也就更高。而關(guān)于電池來說，如果要進(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，首要包含正極、負(fù)極、電解液、隔閡和結(jié)構(gòu)規(guī)劃等。
正極
實(shí)際上，各種正極資料簡直都能夠用來制作快充型電池，首要需求確保的功用包含電導(dǎo)(削減內(nèi)阻)、分散(確保反響動(dòng)力學(xué))、壽數(shù)(不需求解說)、安全(不需求解說)、適當(dāng)?shù)募庸すτ?比外表積不可太大，削減副反響，為安全效勞)。當(dāng)然，關(guān)于每種詳細(xì)資料要處理的問題可能有所差異，可是我們一般常見的正極資料都能夠經(jīng)過一系列的優(yōu)化來滿意這些要求，可是不同資料也有所區(qū)別：
磷酸鐵鋰可能更側(cè)重于處理電導(dǎo)、低溫方面的問題。進(jìn)行碳包覆，適度納米化(留意，是適度，肯定不是越細(xì)越好的簡略邏輯)，在顆粒外表處理構(gòu)成離子導(dǎo)體都是最為典型的戰(zhàn)略，相關(guān)有許多的文獻(xiàn)以及企業(yè)的研究成果報(bào)道，在國內(nèi)，CATL和BYD等企業(yè)都在磷酸鐵鋰的優(yōu)化方面有自己的特征。
三元資料自身電導(dǎo)現(xiàn)已比較好，可是其反響活性太高，因而三元資料罕見進(jìn)行納米化的作業(yè)(納米化可不是什么萬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)還有許多反作用)，更多在重視安全性和按捺(與電解液的)副反響，究竟現(xiàn)在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)也對方面提出了更高的要求。
錳酸鋰是則關(guān)于壽數(shù)更為垂青，現(xiàn)在市面上也有不少錳酸鋰系的快充電池。
鋰離子電池的電化學(xué)原理示意圖
負(fù)極
鋰離子電池充電的時(shí)分，鋰向負(fù)極搬遷。而快充大電流帶來的高過電位會導(dǎo)致負(fù)極電位更負(fù)，此刻負(fù)極敏捷接收鋰的壓力會變大，生成鋰枝晶的傾向會變大，因而快充時(shí)負(fù)極不只要滿意鋰分散的動(dòng)力學(xué)要求，更要處理鋰枝晶生成傾向加重帶來的安全性問題，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。
現(xiàn)在市場上占有統(tǒng)治位置的負(fù)極資料仍然是石墨(占市場份額的90%左右)，底子原因無他--廉價(jià)(你們天天嫌電池貴，嘆號！)，以及石墨歸納的加工功用、能量密度方面都比較優(yōu)異，缺陷相對較少。石墨負(fù)極當(dāng)然也有問題，其外表關(guān)于電解液較為靈敏，鋰的嵌入反響帶有強(qiáng)的方向性，因而進(jìn)行石墨外表處理，進(jìn)步其結(jié)構(gòu)安穩(wěn)性，促進(jìn)鋰離子在基上的分散是首要需求盡力的方向，CATL在這方面做了許多十分先進(jìn)的作業(yè)，有效地進(jìn)步了石墨負(fù)極的歸納功用。
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，資料中有微孔因而反響動(dòng)力學(xué)功用杰出；而軟碳資料與電解液相容性好，MCMB資料也很有代表性，僅僅硬軟碳資料遍及功率偏低，本錢較高(并且想像石墨一樣廉價(jià)恐怕從工業(yè)視點(diǎn)上看希望不大)，因而現(xiàn)在用量遠(yuǎn)不及石墨，更多用在一些特種電池上。
有人會問筆者鈦酸鋰怎么。簡略說一下：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(jì)算本錢很高。因而作者關(guān)于鈦酸鋰電池的觀點(diǎn)一向是：是一種有用的在特定場合下有優(yōu)勢的技能，可是關(guān)于許多對本錢、續(xù)航路程要求較高的場合并不太適用。
硅負(fù)極資料是重要的開展方向，松下的新式18650電池現(xiàn)已開端了對此類資料的商用進(jìn)程?？墒窃趺丛诩{米化尋求功用與電池工業(yè)關(guān)于資料的一般微米級的要求方面到達(dá)一個(gè)平衡，仍是比較有挑戰(zhàn)性的作業(yè)。
隔閡
關(guān)于功率型電池，大電流作業(yè)對其安全、壽數(shù)上供給了更高的要求。隔閡涂層技能是繞不開的，陶瓷涂層隔閡由于其高安全、能夠耗費(fèi)電解液中雜質(zhì)等特性正在敏捷推開，特別關(guān)于三元電池安全性的進(jìn)步作用分外明顯。陶瓷隔閡現(xiàn)在首要運(yùn)用的系統(tǒng)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，纖維關(guān)于隔閡的力學(xué)支撐作用更優(yōu)，并且在服役進(jìn)程中其堵塞隔閡孔的傾向更低。涂層今后的隔閡，安穩(wěn)性好，即便溫度比較高，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作業(yè)，隔閡如下圖所示。
涂布固態(tài)電解質(zhì)纖維的隔閡
4電解液
電解液關(guān)于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(gè)特性：A)不能分化，B)導(dǎo)電率要高，對正負(fù)極資料是慵懶的，不能反響或溶解。如果要到達(dá)這幾個(gè)要求，要害要用到添加劑和功用電解質(zhì)。比方三元快充電池的安全受其影響很大，必須向其間參加各種抗高溫類、阻燃類、防過充電類的添加劑維護(hù)，才能必定程度上進(jìn)步其安全性。而鈦酸鋰電池的老大難問題，高溫脹氣，也得靠高溫功用型電解液改善。
電池結(jié)構(gòu)規(guī)劃
典型的一個(gè)優(yōu)化戰(zhàn)略就是疊層式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，更合適用于功率型場合。另外也能夠在極耳數(shù)目上下功夫，處理內(nèi)阻和散熱問題。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能夠考慮的戰(zhàn)略。
需求快充的場合與含義
不能只看快充功用，其它功用不管不顧(連個(gè)體積功率密度都不敢報(bào)，做一個(gè)電池體積脹大好幾倍也有可能)，報(bào)喜不報(bào)憂，用信息不對稱去蒙蔽政府，欺騙消費(fèi)者，忽悠出資人。
如果這款能量密度好高的產(chǎn)品，能給公布個(gè)充放電曲線，功率密度，體積相關(guān)參數(shù)，本錢，讓我們能對這個(gè)產(chǎn)品有個(gè)深化的了解，就好了
沒有技能是萬能的，尺有所短寸有所長，在尋求能量密度為首要對立的場合(比方家用需求長續(xù)航的電動(dòng)轎車)，過火著重功率密度的做法顯得思維混亂，筆者反對是在該著重能量密度的情況下的這種避重就輕的宣揚(yáng)行為。在筆者之前的文章《光說幾分鐘充溢，其它功用都不說的快充技能，都是耍流氓》中現(xiàn)已在此方面有了許多的剖析。
可是確也有一些情境是功率密度比起能量密度更重要的，比方線路固定，每站停下充電的公交車，以及混動(dòng)轎車，還有儲能中擔(dān)任滑潤新動(dòng)力電網(wǎng)瞬時(shí)波動(dòng)的電池/電容/飛輪，無不關(guān)于功率功用有著很高的要求，在這里就能夠把功率密度的優(yōu)先級排到更前，傳統(tǒng)的以Wh計(jì)量本錢的算法也常常需求做相應(yīng)的批改(比方以W來計(jì)算本錢)。
快速充電關(guān)于我們?nèi)粘Ｈ兆拥谋惝?dāng)其實(shí)都十分直觀，中心無非在于省時(shí)間這一點(diǎn)--電動(dòng)轎車如果能夠像汽油車一樣幾分鐘就能夠康復(fù)最大續(xù)航；手機(jī)敏捷充溢(比方VIVO OPPO等手機(jī)的技能，其間CATL為其供給快充型電池做出了適當(dāng)?shù)姆瞰I(xiàn))，不必為了電量總是焦慮。可是快充電池的潛在奉獻(xiàn)遠(yuǎn)不只在此，比方功率型儲能器件快速遍及能夠極大的協(xié)助新動(dòng)力的消納，特別是應(yīng)對空隙性和波動(dòng)性的問題，功率儲能設(shè)備還能夠在電網(wǎng)中承當(dāng)更多的雜亂效勞功用，其快速呼應(yīng)的長處能夠擔(dān)任電網(wǎng)中的許多場合，帶來歸納收益，是電網(wǎng)智能化、建造動(dòng)力互聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分。
如果以上的希望能夠變?yōu)閷?shí)際必定能夠?yàn)槿兆訋順O大的便當(dāng)，以電代替?zhèn)鹘y(tǒng)一次動(dòng)力使人類社會的運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)發(fā)作真實(shí)的革命性改變徹底有可能。但是浪漫的理想是好的，實(shí)際中有仍有許多技能困難需求戰(zhàn)勝，電化學(xué)業(yè)界現(xiàn)在簡直許多人都以為，在近幾年內(nèi)，電池技能可能更多的會有的是漸進(jìn)增量式的改進(jìn)，發(fā)作革命性打破的概率不是那么的大(。
