【科普】電動(dòng)汽車動(dòng)力電池快充技術(shù)的正確打開方式（上）

　　新能源汽車網(wǎng)訊 近年來，關(guān)于電池快充的大新聞很多，但是其中噱頭占了大多數(shù)，真正靠譜的技術(shù)卻一直處于低調(diào)的狀態(tài)。筆者發(fā)現(xiàn)對(duì)于快充的剖析、科普文章一直比較少，很多人對(duì)快充有著許多的疑問。在本文中，筆者首先進(jìn)行一下基本科普，然后從材料角度入手，分析鋰電池快充技術(shù)對(duì)于電池材料、組成結(jié)構(gòu)方面的要求，并將簡(jiǎn)單分析需要快充技術(shù)的場(chǎng)合和該技術(shù)的意義，主要面向?qū)ο笫菍?duì)于材料、電池、汽車、儲(chǔ)能、投資、政策等相關(guān)行業(yè)需要對(duì)技術(shù)有一定了解的朋友。

　　關(guān)于快充常見問題的幾個(gè)科普回答

　　首先介紹電池充電中的“C”的概念。這個(gè)概念非常重要，是電池討論分析中最常用的術(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 1hour.”就是電池在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)放出其額定容量所輸出的電流值，1C表示用1個(gè)小時(shí)將電池電量放完所需要的電流大小。2C就表示0.5小時(shí)放完所需要的電流大小。倍率越大，也就意味著電流越大。(相關(guān)參考：如何通俗的理解鋰離子電池倍率越大容量越?。?

　　之后就是快充的定義：顧名思義，快充即對(duì)二次可充放電池的快速充電的過程，其實(shí)多快算快，多快就不算快也沒有一個(gè)特別嚴(yán)格的定義，但是一般情況下可以簡(jiǎn)單化的理解為在小于1小時(shí)內(nèi)充電的制度(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，筆者首先要強(qiáng)調(diào)幾個(gè)概念，供科普用：

　　1)電池的充電一般都是靠測(cè)量其電壓來測(cè)定充放電程度的，使用庫侖計(jì)的是少數(shù)，而這種情況下電池充/放電的電量顯示實(shí)際上只是一個(gè)電池實(shí)時(shí)電壓的換算關(guān)系?？斐渑c慢充相比，會(huì)帶來很大的過電壓(電流變大，U=IR，電池內(nèi)阻會(huì)貢獻(xiàn)更大的過電壓)，化學(xué)擴(kuò)散反應(yīng)也會(huì)跟不上，此時(shí)雖然電池可能表面上充到了一個(gè)高電壓值而顯示電量很高，實(shí)際上并沒有充進(jìn)那么多電，一個(gè)實(shí)例如下圖所示：

　　該圖中，同種材料經(jīng)不同優(yōu)化工藝后，倍率性能不同(左差右好)，在5C高倍率充放電制度下雖然都充到了4.5V(體現(xiàn)為充“滿”)，但是實(shí)際上可用的容量差別很大，一個(gè)為75mAh/g，一個(gè)為108mAh/g。

　　2)所以實(shí)際上，任何電池其實(shí)都能快充充“滿”電，在這里的“滿”其實(shí)只是電壓提了上去，無法與充入的電量/能量直接線性比例地對(duì)應(yīng)起來。而且在這些時(shí)候，大電流充電會(huì)導(dǎo)致焦耳發(fā)熱效應(yīng)加劇(Q=I2Rt)，并帶來電池內(nèi)的材料副反應(yīng)分解、產(chǎn)氣等一系列問題，危險(xiǎn)系數(shù)驟然增加，至于此條件下電池的壽命就更不用提了，非功率型電池的壽命必然會(huì)大幅縮短：因此其實(shí)是大部分廠家自己為了安全可靠，出于綜合考慮，廠家設(shè)計(jì)了電路為電池限定了充電電流的上限，不讓大家使用快充。

　　3)所以如果電池想要快充，對(duì)于其功率相關(guān)的性能要求也就更高，內(nèi)阻低就是很重要的一條(Q=I2Rt，小的電阻值R可以減少焦耳發(fā)熱量)，在這種情況下，使用高電導(dǎo)的電極材料(碳包覆，改性提高鋰擴(kuò)散系數(shù)，減小粒徑縮短擴(kuò)散路徑)、使用更多的導(dǎo)電劑、涂布更薄的電極(讓傳質(zhì)擴(kuò)散距離變短)都是典型的功率快充型電池的設(shè)計(jì)思路。以上這些設(shè)計(jì)理念當(dāng)然也會(huì)與追求能量密度的目標(biāo)有所沖突，魚與熊掌不可兼得，具體可以參考筆者之前的文章《光說幾分鐘充滿，其它性能都不說的快充技術(shù)，都是耍流氓》。

　　4)滿足3)中所述特性的功率型電池，比起能量型電池更為適合快充，這意味著其內(nèi)阻小，充電發(fā)熱量低，副反應(yīng)更少，安全性能更好，比起能量型/那些大部分不適合快充的電池，在大電流快充時(shí)其電壓與充入電量/能量的對(duì)應(yīng)關(guān)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，而不是只是顯示著好像能充進(jìn)去。

　　5)老生常談的一個(gè)簡(jiǎn)單判據(jù)，如果有人吹噓他的快充技術(shù)，你一定要折算一下充電功率，然后看看這個(gè)充電功率需要對(duì)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。

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