鋰離子電池（Li-ion Battery）由鋰電池（Lithium Battery）發(fā)展而來(lái)。鋰電池在人們的生活中由來(lái)已久，比如紐扣電池就屬于鋰電池。鋰電池的正極材料是二氧化錳或亞硫酰氯，負(fù)極是金屬鋰。電池組裝完成后電池即有電壓，不再充電。鋰電池一般禁止充電，因?yàn)槠涑潆姺烹娺^(guò)程中容易形成鋰枝晶，造成電池內(nèi)部短路。

1992年，日本索尼公司發(fā)明了以炭材料為負(fù)極，以含鋰化合物作正極的電池，在充放電過(guò)程中，只有鋰離子，沒(méi)有金屬鋰存在，也就是現(xiàn)在的鋰離子電池。此后，日本索尼能源開(kāi)發(fā)公司和加拿大Moli能源公司分別研制成功了新型的鋰離子蓄電池（以下簡(jiǎn)稱“鋰電池”）。目前鋰電池已廣泛用于各類手持式電子產(chǎn)品和電動(dòng)汽車上。

對(duì)于鋰電池來(lái)說(shuō)，性能好壞表現(xiàn)在兩個(gè)指標(biāo)上：一個(gè)是充放電倍率，代表了電池的充電速度；一個(gè)是能量密度，決定了一輛車能續(xù)航多少公里。然而，對(duì)這兩項(xiàng)指標(biāo)的盲目追求，很大程度上犧牲的是安全系數(shù)。

“快速充電技術(shù)目前還沒(méi)有出路”

“這些著火的事件，至少有60%是在充電或充電剛剛結(jié)束的時(shí)候出的事，說(shuō)明充電出了大問(wèn)題。” 國(guó)家863電動(dòng)車重大專項(xiàng)動(dòng)力電池測(cè)試中心主任王子冬表示。

鋰電池在充電過(guò)程中，鋰離子在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌，正極負(fù)極不發(fā)生氧化反應(yīng)。但是王子冬提出，現(xiàn)在充電的方法和使用過(guò)程充電都是用的氧化還原反應(yīng)，不是鋰電池遵循自身規(guī)律應(yīng)該有的充電方法。此前王子冬團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，使用現(xiàn)在的充電方法，大概能使電池壽命降低30%。因此在這樣的情況下，王子冬認(rèn)為不應(yīng)當(dāng)考慮用大電流充電。

鋰電池的充放電倍率是指單位額定容量?jī)?nèi)的充放電電流，例如額定容量為100Ah的電池用20A充放電時(shí)，其充放電倍率就為0.2C。一般鋰電池充電電流設(shè)定在0.2C至1C之間，電流越大，充電越快，但同時(shí)電池發(fā)熱現(xiàn)象也越嚴(yán)重。目前純電動(dòng)汽車的充電容量都是慢充化的，基本在0.3C到0.5C之間。另一方面，用過(guò)大的電流充電會(huì)造成容量不夠滿，這是因?yàn)殡姵貎?nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)需要時(shí)間。和倒啤酒的一樣，倒太快會(huì)產(chǎn)生泡沫，反而倒不滿。

北京大學(xué)新能源材料與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室主任其魯介紹，今天的多元正極金屬?gòu)?fù)合氧化物電池要實(shí)現(xiàn)8分鐘充電，理論上大概要用10C的倍率才能做到，“這個(gè)能量不可想象”。

這些技術(shù)瓶頸實(shí)際上并不是新問(wèn)題，其魯是中國(guó)鋰電池研究領(lǐng)域的先鋒人物之一，曾擔(dān)任2008年奧運(yùn)會(huì)清潔能源電動(dòng)車用動(dòng)力電池項(xiàng)目的首席科學(xué)家，早在北京奧運(yùn)會(huì)時(shí)期，他們就針對(duì)各類問(wèn)題做過(guò)各種實(shí)驗(yàn)。當(dāng)時(shí)三元材料電池已經(jīng)可以在5分鐘內(nèi)完成充電。在實(shí)驗(yàn)里，三元鋰電池在快速充電的過(guò)程中，熱量不能迅速釋放，使得爆炸的可能性大大增加。考慮到安全問(wèn)題，其魯表示這種技術(shù)不能用到純電動(dòng)車上，只能用在電池混合動(dòng)力車。

此外，動(dòng)力電池的快充還面臨著一個(gè)非?，F(xiàn)實(shí)的問(wèn)題——城市的電力基本設(shè)施無(wú)法滿足個(gè)需求。假設(shè)一輛公交車用的是150kWh的電池，需要5分鐘來(lái)充電，一輛公交車就需要100kW供電能力，如果同時(shí)有幾百輛上千輛公交車一起充電，會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成很大的沖擊。

“今天的城市電網(wǎng)根本做不到這一點(diǎn)。”其魯表示。

目前，王子冬的團(tuán)隊(duì)正研究充電過(guò)程中根據(jù)電池特性調(diào)整充電方法，改了不同的充電方法后，普通標(biāo)準(zhǔn)充電法充500次的電池壽命，在新方法下可以做到充電1000次，有效減緩了電池的衰減。所以王子冬表示，即便有很多瓶頸，鋰電池一定會(huì)有特別適合自己的充電方法。

其魯認(rèn)為，現(xiàn)階段最合適的是以車位為單位接線充電，兩三個(gè)小時(shí)、五六個(gè)小時(shí)、甚至一個(gè)晚上，這是充電技術(shù)完全可以做到。通過(guò)先把安全可靠的充電方式發(fā)展起來(lái)，來(lái)推動(dòng)電動(dòng)汽車的穩(wěn)步、安全、健康發(fā)展。

能量密度與安全性是一對(duì)矛盾

2018年2月，財(cái)政部、工信部等四部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于調(diào)整完善新能源汽車推廣應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)貼政策的通知》，取消了對(duì)續(xù)駛里程150公里以下純電動(dòng)車的補(bǔ)貼，對(duì)續(xù)駛里程超過(guò)300公里的純電動(dòng)車補(bǔ)貼則增至3.4萬(wàn)元，超過(guò)400公里的車型補(bǔ)貼增至5萬(wàn)元。

美國(guó)加州大學(xué)戴維斯分校中國(guó)交通能源中心主任王云石分析，這意味著純電動(dòng)車在達(dá)到與汽油車類似的續(xù)駛里程后，續(xù)駛里程越長(zhǎng)越好。新政策可能希望通過(guò)對(duì)動(dòng)力電池系統(tǒng)能量密度的要求，來(lái)推進(jìn)動(dòng)力電池的發(fā)展。

鋰電池的能量密度(Wh/kg)是指單位重量的電池能儲(chǔ)存的能量多少，主要由電池的材料特性決定。按普通鉛酸電池的能量密度約為40Wh/kg計(jì)算，如果使用鉛酸電池驅(qū)動(dòng)家用汽車行駛200公里以上，則需要將近1噸的電池。因此把電池重量控制在一定范圍的前提下，電池的能量密度越大，汽車的續(xù)航里程就越長(zhǎng)。

能量密度數(shù)值理應(yīng)是越高越好，但電池是能量高度集中的小型裝置，當(dāng)更小體積里聚集更多能量時(shí)，如果使用不當(dāng)，比如溫度升高或突然遇到劇烈碰撞，其產(chǎn)生的后果甚至可以和炸彈相提并論。

根據(jù)新能源研究院真鋰研究發(fā)布的最新數(shù)據(jù)，2018年6月份之后，120Wh/kg的電池包的裝機(jī)量占比達(dá)到了約95%，而一年前的6月該比重僅為7.3%。也就是說(shuō)國(guó)內(nèi)電池系統(tǒng)能量密度的進(jìn)步數(shù)以“驚人的速度”遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了海外。