鋰電池充電就像倒啤酒，速度快，裝滿啤酒的速度也快，可是泡沫許多。倒的慢，速度慢，可是啤酒多，很實在?？斐湓诠?jié)約了充電時刻的同時，也會對電池自身有較大的破壞。因為電池中存在極化現(xiàn)象，其能夠接受的最大充電電流會跟著充放電循環(huán)的增加而減小，當(dāng)持續(xù)充電且充電電流較大時，電極處的離子濃度升高，極化加重，電池端電壓無法與充入的電量/能量直接線性份額地對應(yīng)起來。同時大電流充電，內(nèi)阻的增大會導(dǎo)致焦耳發(fā)熱效應(yīng)加重(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，風(fēng)險系數(shù)驟然增加，對電池安全性產(chǎn)生影響，非功率型電池的壽數(shù)必然會大幅縮短。 

 

01 

 

正極資料 

 

鋰電池快充的進程，便是正極資料中Li+快速搬遷嵌入負(fù)極的進程。正極資料的粒徑能影響電池電化學(xué)進程中的呼應(yīng)時刻、離子的擴散途徑等，據(jù)研究跟著資料的晶粒尺度削減，鋰離子的擴散系數(shù)增大?？墒?，跟著資料顆粒尺度減小，在生產(chǎn)中制漿就會呈現(xiàn)嚴(yán)重的顆粒聚會、構(gòu)成渙散不均勻，同時納米顆粒會下降極片的壓實密度，并在充放電進程中與電解液觸摸面積增多副反應(yīng)，影響電池的功能。 

 

比較靠譜的辦法是對正極資料進行包覆改性，例如LFP自身導(dǎo)電性就不太好，對其進行外表包覆碳資料或其它資料后能夠進步其導(dǎo)電性，有利于進步電池的快速充電功能。 

 

02 

 

負(fù)極資料 

 

鋰電池快充即意味著鋰離子快速脫出并“游向”負(fù)極，這時候就需求負(fù)極資料具有快速的嵌鋰才能。用于鋰電池快充的負(fù)極資料包含碳資料、鈦酸鋰及其它的一些新型資料。 

 

關(guān)于碳資料來講，因為嵌鋰電位和鋰分出的電位差不多，常規(guī)充電的情況下一般是鋰離子優(yōu)先嵌入石墨，可是在快充或低溫條件下，鋰離子或許會在外表分出構(gòu)成枝晶鋰。枝晶鋰刺破SEI，會構(gòu)成Li+二次損耗，下降電池容量。當(dāng)鋰金屬達到必定量后就會從負(fù)極向隔膜生長，構(gòu)成電池短路的風(fēng)險。 

 

關(guān)于LTO來講，其自身歸于“零應(yīng)變性”的含氧負(fù)極資料，在電池工作時不會產(chǎn)生SEI，其與鋰離子的結(jié)合才能更強，能夠滿意快充快放的要求。同時也正是因為無法構(gòu)成SEI，負(fù)極資料會與電解液直觸摸摸，促進了副反應(yīng)的發(fā)生，LTO電池產(chǎn)氣的問題遲遲無法處理，只能通過外表改性的方式得以緩解。 

 

03 

 

電極液 

 

前面也說到，快充進程中因為鋰離子搬遷速度和電子傳輸速率不一致，電池會存在較大的極化。那么為了盡量削減電池極化引起的負(fù)面反應(yīng)，需求從下面三點將是電解液的研制方向：1、高解離度電解質(zhì)鹽；2、溶劑復(fù)合-粘度更低；3、界面操控-膜阻抗更低。 

 

04 

 

生產(chǎn)工藝與快充的聯(lián)系 

 

之前分別從正負(fù)極資料、電極液等三個要害資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規(guī)劃。電池制造工藝參數(shù)直接影響電池活化前后鋰離子在電池各部分中的搬遷阻力，因而電池制備工藝參數(shù)關(guān)于鋰離子電池功能的發(fā)揮具有重要的影響。 

 

（1）漿料 

 

關(guān)于漿料的性質(zhì)，一方面是要堅持導(dǎo)電劑的均勻渙散。因為導(dǎo)電劑在活性物質(zhì)顆粒之間散布均勻，在活性物質(zhì)之間、活性物質(zhì)與集流體之間可構(gòu)成較均勻的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，具有收集微電流的作用，下降觸摸電阻，能夠進步電子的移動速率。另一方面是避免導(dǎo)電劑的過渙散。在充放電進程中，正負(fù)極資料晶體結(jié)構(gòu)會發(fā)生改變，或許構(gòu)成導(dǎo)電劑的剝離掉落，使電池內(nèi)阻升高，影響功能。 

 

（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，能夠增大鋰離子的擴散速度，下降離子和電子搬遷阻力。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)構(gòu)成的改變也越小?？墒敲婷芏冗^低的話，就會下降電池能量密度，成本升高，所以需求對面密度綜合考慮。下圖是個鈷酸鋰電池6C充電1C放電的例子，能夠看看： 

 

 

 

（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有影響嗎？這兒趁便說一下，關(guān)于快充功能來講，主要是負(fù)極極片的一致性。如果負(fù)極面密度不一致，通過輥壓之后，活物質(zhì)的內(nèi)部孔隙率就會存在較大差異。孔隙率的差異會引起內(nèi)部電流散布的差異，在電池化成階段影響SEI的構(gòu)成及功能，終究影響電池快充功能。 

 

（4）極片壓實密度 

 

極片為什么要壓實？一是進步電池比能量，二是進步電池功能。電極資料不同，最佳壓實密度也不同。進步壓實密度，電極極片的孔隙率越小，顆粒之間銜接的越緊密，相同的面密度下極片的厚度越小，因而可減小鋰離子的搬遷途徑。當(dāng)壓實密度過大時，電解液滋潤作用不好，或許會破壞資料結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電劑散布，后期會呈現(xiàn)卷繞問題。同樣是鈷酸鋰電池6C充電1C放電，壓實密度對放電比容量的影響如下圖： 

 

 

 

05 

 

化成老化及其它 

 

對碳負(fù)極電池來講，化成-老化是鋰電池的要害工藝，此進程會影響SEI的質(zhì)量。SEI厚度不均勻或結(jié)構(gòu)不安穩(wěn)，會影響電池快充才能和循環(huán)壽數(shù)。 

 

除了以上幾個重要因素外，電芯制造、充放電準(zhǔn)則都會對鋰電池功能有較大影響。跟著使用時刻延長，應(yīng)適度下降電池充電倍率，否則會加重極化。 

 

結(jié)語 

 

鋰電池快速充放電的實質(zhì)便是，鋰離子能夠快速在正負(fù)極資料間脫嵌。電池資料性質(zhì)、工藝規(guī)劃、充放電準(zhǔn)則都會對大電流充電功能有影響。正負(fù)極資料的結(jié)構(gòu)安穩(wěn)性利于在快速脫鋰的進程中不會構(gòu)成結(jié)構(gòu)的崩塌破壞，鋰離子在資料中擴散速度較快，以承受大電流充電。因為離子搬遷速度和電子傳輸速率不匹配，在充放電進程中會呈現(xiàn)極化現(xiàn)象，要盡量削減極化，避免鋰金屬分出，下降容量影響壽數(shù)