該如何改善電動(dòng)汽車(chē)電池的快充性能

（文章來(lái)源：百家號(hào)）

傳統(tǒng)的鋰離子電池以石墨為負(fù)極活性物質(zhì)，石墨的嵌鋰電位與金屬Li接近，因此在大電流充電的過(guò)程中非常容易出現(xiàn)析鋰的問(wèn)題，有研究表明在石墨負(fù)極表面包覆一層1%的Al2O3能夠?qū)⑹?fù)極在4000mA/g的大電流密度下的容量提升到337.1mAh/g。此外，Li4Ti5O12材料雖然容量較低，但是其快充性能非常優(yōu)異，并且具有非常好的循環(huán)穩(wěn)定性，同時(shí)其較高的電位也讓負(fù)極析鋰的風(fēng)險(xiǎn)幾乎不存在，非常適合作為快充鋰離子電池的負(fù)極材料。

除了負(fù)極材料的選擇，負(fù)極/電解液界面的改造也是提升鋰離子電池快充性能的有效方法，石墨表面包覆無(wú)定形碳、金屬包覆和摻雜（如Cu和Sn）等都是改善石墨負(fù)極快充性能的有效方法。同時(shí)石墨材料的晶體結(jié)構(gòu)也會(huì)對(duì)其倍率性能產(chǎn)生顯著的影響，研究表明中間相的軟碳的快充性能要明顯好于中間相石墨和硬碳材料。

除了材料的選擇之外，如何進(jìn)行電極設(shè)計(jì)也對(duì)電池的快充性能有顯著的影響，例如研究表明提升電極的孔隙率能夠有效的提升電池的快充性能，同時(shí)提高N/P比也能夠有效的減少負(fù)極析鋰的風(fēng)險(xiǎn)，提升電池的倍率性能。

除了電極的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，鋰離子電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也對(duì)鋰離子電池的快充性能有顯著的影響，極耳的位置、材料、結(jié)構(gòu)和焊接方式的選擇都會(huì)影響電池內(nèi)部電流的分布，同時(shí)電池的形狀也會(huì)影響電池內(nèi)部溫度的分布，進(jìn)而影響鋰離子電池內(nèi)部電流的分布，不均勻的電流分布更容易引起電池極化增加，導(dǎo)致局部析鋰，從而影響電池快充性能。

雖然對(duì)于鋰離子電池快充性能的研究比較多，但是對(duì)于電池組快充性能的研究仍然比較少，有研究顯示日產(chǎn)聆風(fēng)電動(dòng)汽車(chē)的電池組在2C倍率充電時(shí)，衰降速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于采用同樣充電速度的單體電池，研究顯示這主要是電池組內(nèi)部的單體電池之間的積累的偏差導(dǎo)致的，因此電池組快充性能的提升不但需要高性能的單體電池，還對(duì)電池組的充電管理和熱管理系統(tǒng)提出了非常高的要求。

恒流恒壓充電（CCCV）是最傳統(tǒng)的一種充電方式，該方式首先采用較大電流進(jìn)行恒流充電，在達(dá)到截止電壓后，轉(zhuǎn)為恒壓充電，不斷降低充電電流，從而盡可能的減少電池的極化。因此對(duì)于這種傳統(tǒng)的充電方式而言，縮短充電時(shí)間最有效的方法就是提高充電電流，但是提升充電電流一方面會(huì)導(dǎo)致極化增加，增加恒壓充電的時(shí)間，另一方面大電流充電也會(huì)導(dǎo)致負(fù)極析鋰，因此對(duì)于快充而言選擇合適的充電策略也是非常重要的內(nèi)容。

石墨負(fù)極隨著嵌鋰量的增加，Li+的固相擴(kuò)散系數(shù)會(huì)持續(xù)降低，根據(jù)石墨負(fù)極的這一特點(diǎn)，多步恒流充電法應(yīng)運(yùn)而生。多步恒流充電法在恒流充電階段包含多個(gè)恒流電流值，其中在開(kāi)始的時(shí)候一般會(huì)選擇較大的充電電流，進(jìn)入到充電的末期，恒流電流值會(huì)降低，從而避免負(fù)極析鋰，在經(jīng)過(guò)多步（至少兩步）恒流充電后，電池進(jìn)入恒壓充電階段。通過(guò)在初期大電流的應(yīng)用，可以有效的縮短充電時(shí)間，目前多數(shù)的電動(dòng)汽車(chē)快充策略均為這一方案。

脈沖充電是用大電流對(duì)電池進(jìn)行短時(shí)間充電，然后是一段靜置，甚至是放電，緊接著再次進(jìn)行大電流脈沖充電的方法，這一方法的主要目的是通過(guò)靜置消除極化，減少負(fù)極析鋰的風(fēng)向，部分策略增加放電過(guò)程的目的是通過(guò)放電消除負(fù)極表面析出的金屬Li，從而在縮短充電的時(shí)間的同時(shí)，提升鋰離子電池的循環(huán)壽命。

這一充電策略類(lèi)似于多步法恒流充電策略，但是其初期的充電電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于多步法充電策略，有研究顯示在開(kāi)始充電時(shí)增加5min的加速充電電流，可以將充電時(shí)間縮短30-40%（相比于1C CCCV充電），而不會(huì)對(duì)電池的壽命產(chǎn)生顯著的影響。