鋰電池充電初期會(huì)有一個(gè)小電流的預(yù)充過程，即CC Pre-charge，目的是為了讓正負(fù)極材料穩(wěn)定下來。此后，電池狀態(tài)穩(wěn)定后可以調(diào)整為大電流充電，即CC Fast Charge。最后，進(jìn)入恒壓充電模式（CV）。對于鋰電池來說，系統(tǒng)檢測到電壓達(dá)到4.2V后就開始了恒壓充電模式，充電電流逐步減少，最后小于一定值后充電結(jié)束。

在整個(gè)過程中，對不同的電池有不同的標(biāo)準(zhǔn)充電電流，例如對于3C產(chǎn)品電池標(biāo)準(zhǔn)一般選擇0.1C-0.5C，而對于大功率動(dòng)力電池，標(biāo)準(zhǔn)充電一般為1C。選擇較低的充電電流，也是考慮到電池的安全性。所以，平時(shí)說的快充，就是指高于標(biāo)準(zhǔn)充電電流數(shù)倍至數(shù)十倍不等。

有人說，鋰電池充電就像倒啤酒，速度快，裝滿啤酒的速度也快，但是泡沫很多。倒的慢，速度慢，但是啤酒多，很實(shí)在?？斐湓诠?jié)約了充電時(shí)間的同時(shí)，也會(huì)對電池本身有較大的破壞。由于電池中存在極化現(xiàn)象，其能夠接受的最大充電電流會(huì)隨著充放電循環(huán)的增加而減小，當(dāng)持續(xù)充電且充電電流較大時(shí)，電極處的離子濃度升高，極化加劇，電池端電壓無法與充入的電量/能量直接線性比例地對應(yīng)起來。同時(shí)大電流充電，內(nèi)阻的增大會(huì)導(dǎo)致焦耳發(fā)熱效應(yīng)加劇(Q=I2Rt)，帶來副反應(yīng)，如電解液的反應(yīng)分解、產(chǎn)氣等一系列問題，危險(xiǎn)系數(shù)驟然增加，對電池安全性產(chǎn)生影響，非功率型電池的壽命必然會(huì)大幅縮短。

鋰電池快充的過程，就是正極材料中Li+快速遷移嵌入負(fù)極的過程。正極材料的粒徑能影響電池電化學(xué)過程中的響應(yīng)時(shí)間、離子的擴(kuò)散路徑等，據(jù)研究隨著材料的晶粒尺寸減少，鋰離子的擴(kuò)散系數(shù)增大。但是，隨著材料顆粒尺寸減小，在生產(chǎn)中制漿就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的顆粒團(tuán)聚、造成分散不均勻，同時(shí)納米顆粒會(huì)降低極片的壓實(shí)密度，并在充放電過程中與電解液接觸面積增多副反應(yīng)，影響電池的性能。

       比較靠譜的方法是對正極材料進(jìn)行包覆改性，例如LFP本身導(dǎo)電性就不太好，對其進(jìn)行表面包覆碳材料或其它材料后可以提高其導(dǎo)電性，有利于提高電池的快速充電性能。

鋰電池快充即意味著鋰離子快速脫出并“游向”負(fù)極，這時(shí)候就需要負(fù)極材料具有快速的嵌鋰能力。用于鋰電池快充的負(fù)極材料包括碳材料、鈦酸鋰及其它的一些新型材料。

       對于碳材料來講，由于嵌鋰電位和鋰析出的電位差不多，常規(guī)充電的情況下一般是鋰離子優(yōu)先嵌入石墨，但是在快充或低溫條件下，鋰離子可能會(huì)在表面析出形成枝晶鋰。枝晶鋰刺破SEI，會(huì)造成Li+二次損耗，降低電池容量。當(dāng)鋰金屬達(dá)到一定量后就會(huì)從負(fù)極向隔膜生長，造成電池短路的危險(xiǎn)。

       對于LTO來講，其本身屬于“零應(yīng)變性”的含氧負(fù)極材料，在電池工作時(shí)不會(huì)產(chǎn)生SEI，其與鋰離子的結(jié)合能力更強(qiáng)，能夠滿足快充快放的要求。同時(shí)也正是因?yàn)闊o法形成SEI，負(fù)極材料會(huì)與電解液直接接觸，促進(jìn)了副反應(yīng)的發(fā)生，LTO電池產(chǎn)氣的問題遲遲無法解決，只能通過表面改性的方式得以緩解。，半電池的首次充電容量要明顯低于首次放電容量，也就是說鋰離子在放電過程中來到了石墨層后，并沒有在后續(xù)充電時(shí)100%的從石墨脫嵌。這期間損失的鋰離子消耗到了哪里呢？相信有一定理論基礎(chǔ)的小伙伴可以想到這一原因：石墨半電池首次放電時(shí)，鋰離子在嵌入石墨前，會(huì)先在石墨表面形成SEI膜，獻(xiàn)身于SEI膜的鋰離子無法在后續(xù)充電時(shí)回到鋰片負(fù)極，從而造成石墨半電池首次放電容量＞首次充電容量。

前面也說到，快充過程中由于鋰離子遷移速度和電子傳輸速率不一致，電池會(huì)存在較大的極化。那么為了盡量減少電池極化引起的負(fù)面反應(yīng)，需要從下面三點(diǎn)將是電解液的研發(fā)方向：1、高解離度電解質(zhì)鹽；2、溶劑復(fù)合-粘度更低；3、界面控制-膜阻抗更低。

之前分別從正負(fù)極材料、電極液等三個(gè)關(guān)鍵材料分析了快充對其的要求和影響，下面來講影響比較大的工藝設(shè)計(jì)。電池制作工藝參數(shù)直接影響電池活化前后鋰離子在電池各部分中的遷移阻力，因此電池制備工藝參數(shù)對于鋰離子電池性能的發(fā)揮具有重要的影響。

（1）漿料

       對于漿料的性質(zhì)，一方面是要保持導(dǎo)電劑的均勻分散。因?yàn)閷?dǎo)電劑在活性物質(zhì)顆粒之間分布均勻，在活性物質(zhì)之間、活性物質(zhì)與集流體之間可形成較均勻的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，具有收集微電流的作用，降低接觸電阻，可以提高電子的移動(dòng)速率。另一方面是防止導(dǎo)電劑的過分散。在充放電過程中，正負(fù)極材料晶體結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，可能造成導(dǎo)電劑的剝離脫落，使電池內(nèi)阻升高，影響性能。

（2）極片面密度

       理論上來講，倍率型電池與高容量電池不可兼得。正負(fù)極極片面密度較低時(shí)，可以增大鋰離子的擴(kuò)散速度，降低離子和電子遷移阻力。面密度越低，極片越薄，在充放電中鋰離子不斷的嵌入與脫出對極片結(jié)構(gòu)造成的變化也越小。但是面密度過低的話，就會(huì)降低電池能量密度，成本升高，所以需要對面密度綜合考慮。下圖是個(gè)鈷酸鋰電池6C充電1C放電的例子，可以看看：

（3）極片涂布一致性

       之前有朋友問到，極片面密度不一致對電池會(huì)有影響嗎？這里順便說一下，對于快充性能來講，主要是負(fù)極極片的一致性。如果負(fù)極面密度不一致，經(jīng)過輥壓之后，活物質(zhì)的內(nèi)部孔隙率就會(huì)存在較大差異?？紫堵实牟町悤?huì)引起內(nèi)部電流分布的差異，在電池化成階段影響SEI的形成及性能，最終影響電池快充性能。

（4）極片壓實(shí)密度

       極片為什么要壓實(shí)？一是提高電池比能量，二是提高電池性能。電極材料不同，最佳壓實(shí)密度也不同。提高壓實(shí)密度，電極極片的孔隙率越小，顆粒之間連接的越緊密，相同的面密度下極片的厚度越小，因此可減小鋰離子的遷移路徑。當(dāng)壓實(shí)密度過大時(shí)，電解液浸潤效果不好，可能會(huì)破壞材料結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電劑分布，后期會(huì)出現(xiàn)卷繞問題。同樣是鈷酸鋰電池6C充電1C放電，壓實(shí)密度對放電比容量的影響對全電池而言，首次效率的形成因素還與首次充放電的副反應(yīng)以及首次充放電的電壓范圍不同（充電0V起，放電則2.5~3.0V終結(jié)）有關(guān)。但這些因素并不會(huì)對上面的結(jié)論造成明顯影響。 

在上一篇中，小編向大家介紹了不同種類材料的首次效率數(shù)值，那么除了材料種類的影響外，還有哪些因素會(huì)影響全電池的首次效率呢？

首先是石墨負(fù)極比表面積的影響，當(dāng)石墨負(fù)極比表面積更大時(shí)，形成SEI膜的面積也就會(huì)越大，從而會(huì)消耗更多的鋰離子，并降低全電池首次效率（前提為負(fù)極首次效率比正極低）。

對碳負(fù)極電池來講，化成-老化是鋰電池的關(guān)鍵工藝，此過程會(huì)影響SEI的質(zhì)量。SEI厚度不均勻或結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，會(huì)影響電池快充能力和循環(huán)壽命。

       除了以上幾個(gè)重要因素外，電芯制作、充放電制度都會(huì)對鋰電池性能有較大影響。隨著使用時(shí)間延長，應(yīng)適度降低電池充電倍率，否則會(huì)加劇極化。

鋰電池快速充放電的本質(zhì)就是，鋰離子能夠快速在正負(fù)極材料間脫嵌。電池材料性質(zhì)、工藝設(shè)計(jì)、充放電制度都會(huì)對大電流充電性能有影響。正負(fù)極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性利于在快速脫鋰的過程中不會(huì)造成結(jié)構(gòu)的坍塌破壞，鋰離子在材料中擴(kuò)散速度較快，以承受大電流充電。由于離子遷移速度和電子傳輸速率不匹配，在充放電過程中會(huì)出現(xiàn)極化現(xiàn)象，要盡量減少極化，防止鋰金屬析出，降低容量影響壽命。