哪些因素限制鋰電池充電速度
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2021-04-28 21:05
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倘若學(xué)過電化學(xué)方面的知識(shí)的話，就會(huì)知道電池充放電的過程，本質(zhì)就是電池內(nèi)部通過一系列的氧化還原反應(yīng)，來實(shí)現(xiàn)電子在正極和負(fù)極之間定向轉(zhuǎn)移。以當(dāng)下主流的鋰電池為例，雖然種類五花八門，但是大體的構(gòu)造無外乎包括正極材料、負(fù)極材料、隔膜、電解液等，充電的過程，基本上就是鋰離子從負(fù)極脫出，穿過隔膜和電解質(zhì)，擴(kuò)散到達(dá)正極的過程擴(kuò)散速度自然就成了充電速度的關(guān)鍵。
理論上，的確可以通過加大電流來提升充電速度。但是電流太大的話，電池內(nèi)部鋰離子的擴(kuò)散速度跟不上電子擴(kuò)散速度，就會(huì)導(dǎo)致電子-離子運(yùn)脫節(jié)，影響電池性能，能夠達(dá)到的充電容量也相應(yīng)減少，電池的壽命就更是慘不忍睹了，甚至?xí)衅鸹鸨ǖ奈ｋU(xiǎn)。
所以一般來說，在不趕時(shí)間的情況下我們提議盡量用慢充，有利于延長電池的壽命。
而鋰離子的擴(kuò)散速度，和溫度、正極的材料和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。
首先是溫度，一般來說溫度越高自然是擴(kuò)散速度越快，但是溫度過高的話也會(huì)導(dǎo)致電池壽命降低、充電安全性下降等問題。
溫度過低的話同樣不行，氣溫過低的情況下，電池中的金屬鋰會(huì)發(fā)生沉積，從而造成電池內(nèi)部短路，尤其是磷酸鐵鋰電池。
一般0℃時(shí)磷酸鐵鋰電池的容量大概只剩下60～70%左右，到了-20℃時(shí)就只剩下可憐的20～40%了。所以在氣候寒冷的北方冬季，電動(dòng)車非得要有給電池模組加熱的功能，由此耗電自然也更快。
其次是材料，不同的材料擴(kuò)散能力差距非常大，像鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、NCM、NCA等都是性能很不錯(cuò)的正極材料，而后兩者也是當(dāng)下性能最好、使用普及度比較高的兩種材料了。這也是如今的鋰電池以正極材料命名的一個(gè)緊要原由。
在電池行業(yè)的范疇，通常會(huì)用充放電倍率來描述充電速度和電流大小的關(guān)系，譬如1小時(shí)洋溢電池時(shí)的速率稱為1C，只需30分鐘的速率則稱之為2C，如此類推，超過1C就可以稱為快充。
如今鋰電池的充電速率普遍可以做到1C-3C，最高大概可以去到5C，但是相比起動(dòng)輒10C的放電速率自然還是要差很遠(yuǎn)。
除了最大充電速率有瓶頸之外，不同SOC(StateofCharge，即荷電狀態(tài)，也就是剩余電量)下電池能夠承受的充電速率也是有差別的。
一般來說，電池在充電過程的特性大致和上面這張圖類似，充電的速率會(huì)遵循慢快慢這樣的節(jié)奏。一般當(dāng)SOC達(dá)到90%以上的時(shí)候，電池的內(nèi)阻就會(huì)分明上升，使得充電速率放慢。
倘若你有注意當(dāng)下在售的大部分電動(dòng)車，都會(huì)發(fā)現(xiàn)它們會(huì)宣傳自己在特定的快充狀態(tài)下，能夠在一個(gè)相比較較短的時(shí)間例如1小時(shí)乃至30分鐘的時(shí)間里，洋溢一個(gè)大比例的電量，一般在80%-90%左右，就是這個(gè)意思。
所以倘若你是一個(gè)電動(dòng)車用戶，想要盡可能節(jié)約充電耗時(shí)的話，盡量不要?jiǎng)虞m把電量用到10%以下，充電的時(shí)候也不一定非要洋溢，達(dá)到90%以上，或者能夠滿足你下一次出行要的里程數(shù)就足夠了。
充電設(shè)備的充電速度受什么限制?
除了電池本身的瓶頸之外，外圍的充電設(shè)備也有自身的限制。簡單來講，充電樁輸出功率越大，充電時(shí)間越短。但是充電樁也不是可以無限提高充電功率的。先來說下電動(dòng)車的充電大體是一個(gè)什么樣的過程。
一說到汽車充電，大家首先想到的自然就是充電樁。簡單來講，充電樁輸出功率越大、電池容量越小，充電時(shí)間自然越短。這就和要把一個(gè)水池放滿水，放水管越大、水池越小自然耗時(shí)越短是一個(gè)道理。
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