鉅大LARGE | 點擊量：4242次 | 2021年08月20日
鋰電池不能快充的原因是什么？
從最本征的載流子傳導與輸運行為而言，鋰電并不適合快充。鋰電體系的本征載流子傳導與輸運行為取決于正負極材料的電導與鋰離子擴散系數以及有機電解液的電導率這幾個緊要因素。基于嵌入式反應機理，鋰離子在正極材料(一維離子通道的橄欖石，二維通道的層狀材料和三維通道的尖晶石正極材料)和負極石墨負極材料(層狀結構)中的擴散系數普遍比水系二次電池中的異相氧化還原反應的速率常數低數個數量級。
而且，有機電解液的離子電導率比水系二次電池電解液(強酸或者強堿)低兩個數量級。鋰電的負極表面有一層SEI膜，實際上鋰電的倍率性能很大程度上受到鋰離子在SEI膜中擴散的控制。由于有機電解液中粉末電極的極化相對水系要嚴重得多，在高倍率或者低溫條件下負極表面容易析鋰而帶來嚴重的安全隱患。
另外，在大倍率充電條件下，正極材料的晶格容易受到破壞，負極石墨片層同樣也可能受到損害，這些因素都將加速容量的衰減，從而嚴重影響動力鋰離子電池使用壽命。因此，嵌入式反應的本質特點決定了鋰離子電池并不適合高倍率充電。研究結果已經證實，快充快放模式下單體電池的循環壽命將大幅下降，并且在使用后期電池性能顯著衰減。
當然了有讀者可能會說，鈦酸鋰(LTO)電池不是可以大倍率充放電嗎?
鈦酸鋰的倍率性能可以從其晶體結構和離子擴散系數得到解釋。但是，鈦酸鋰離子電池的能量密度很低，其功率型用途是依賴犧牲能量密度取得的，這就導致了鈦酸鋰離子電池單位能量($/Wh)成本很高，低性價比決定了鈦酸鋰離子電池不可能成為鋰電發展的主流。事實上，日本東芝SCib電池這幾年低迷的銷售態勢已經說明了問題。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
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%
在電芯層面，可以從極片工藝和電芯結構設計角度來改善倍率性能，比如將電極做得比較薄或者新增導電劑比例等措施都是常用的技術手段。更加有甚者，甚至有廠家采用取消電芯中的熱敏電阻并且加厚集流體這樣的極端方法。而事實上，國內很多動力鋰離子電池公司都將其LFP動力鋰離子電池在30C甚至50C的高倍率數據作為技術亮點。
筆者這里要指出的是，作為探測手段無可厚非，但是電芯內部究竟發生了什么變化才是關鍵。長時間高倍率充放，也許正負極材料結構已經被破壞，負極早已析鋰，這些問題要使用一些原位(In-Situ)的測試手段(比如SEM,XRD和中子衍射等)才能搞清楚。很可惜的是，這些原位測試手段在國內電池公司幾乎沒有使用的報道。
筆者這里還要提醒讀者留意鋰電充電和放電過程的差別，與充電過程不同的是，鋰電在較高的倍率下放電(對外做功)對電池造成的損害并沒有快充那么嚴重，這點跟其它水系二次電池類似。但是對電動汽車的實際使用而言，高倍率充電(快充)的需求無疑要比大電流放電更加急切。
上升到電池包的層面則情況將更加復雜，在充電過程中不同單體電池的充電電壓和充電電流并不一致，必然造成動力鋰離子電池的充電時間要超過單體電池。這就意味著雖然采用常規充電技術也能在30分鐘內將單體電池充電至容量的一半，但電池包肯定會超過這一時間，這在一定程度上意味著快速充電技術的優點并不是十明顯顯。
另外，在鋰離子電池的使用(放電)過程中，其容量的消耗與放電時間并不是線性關系而是隨時間加速下降。比如某款電動汽車滿電的行駛里程為200公里，那當它正常行駛100公里后，動力鋰離子電池可能還剩下80%的容量，當電池容量剩下50%時，電動汽車也許就只能夠行駛50公里了。
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