眾所周知，新能源汽車銷售痛點之一是充電時間長。

尤其是在補貼退坡，市場銷量下行的情況下，發(fā)展電池快充技術，縮短充電時長，提升駕駛體驗，對開拓新能源汽車市場至關重要。

不過電池在快充時，如果負極沒有高速嵌鋰能力，就會出現(xiàn)鋰枝晶和發(fā)生析鋰，進而導致電池容量不可逆衰減和縮短使用壽命。

另外電池升溫快，會產生大量熱，容易短路起火。還有電解液方面，需要較高導電率，并且不與正負極反應，能抗高溫，阻燃，防過充。

從充電策略來看，主要分恒定電流，恒定電壓，分階段充電三種方式。

恒定電流，恒定電壓充電成本低，系統(tǒng)電路簡單，但時間過長，效率不高。如果電流或電壓變大，能縮短時長，但縮短電池使用壽命。分階段充電法，由于電池每家設計不同，根本無法統(tǒng)一。

從電池研發(fā)考慮，當前通用負極材料依然是石墨。不過在充電過程中，負極石墨對電解液較敏感，具有很強的方向性，嵌鋰特性不高。

如果負極石墨改為硅碳，一位軟包電池企業(yè)的研發(fā)負責人向高工鋰電介紹，目前特斯拉快充的電池是石墨復配5%氧化硅。

國內的話，電池負極硅含量還沒有超過5%。原因是負極硅碳充電時，材料膨脹性大，電池衰減嚴重，難以大批量商業(yè)化應用。要想大批量，硅含量至少要達到10%-20%才行。

此外該高層還表示，電池充電速度取決于正負電極基體的傳質速度。充電端用高壓高功率，設計充電策略只是外部優(yōu)化。根本上解決充電慢，必須要對電池正負極材料體系變革才行。

同時，一位主機廠的高級技術工程師表示，關于三元、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鈦酸鋰等電池材料快充方式大致相似，均是先恒流（大電流）快速充電，再恒壓（降低電流）慢充，直到最終充滿。

在快充難點上，他認為主要集中在充電時如何控制溫升副反應、負極析鋰、容量衰減、以及適合電池SOC等參數(shù)的充電策略。

據(jù)高工鋰電了解，在電池快充方面，國內電池企業(yè)有寧德時代、比亞迪、合肥國軒、微宏動力、萬向一二三等很多企業(yè)參與研發(fā)。

其中專注電池本身性能提升的典型代表是寧德時代，做電池充電優(yōu)化策略的代表是合肥國軒。

寧德時代：超級電池快充

寧德時代在快充方面，主要是針對電池材料體系研究。通過突破電池電化學體系固有瓶頸，研發(fā)出兼顧安全、高能量密度的超級快充技術。

從原理上看，充電時，如圖1所示，電池正極的鋰離子經過電解液運動到負極。作為負極的石墨呈層狀結構，它有很多微孔，以供到達負極的鋰離子嵌入。嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。

圖1 電池充電示意圖

快速充電時，鋰離子要加速瞬時嵌入到負極。這就需要負極能快速接收鋰離子。普通材料體系的電池在快充時負極會出現(xiàn)副產物，例如鋰枝晶，進而縮減電芯的循環(huán)壽命和穩(wěn)定性。

圖2 寧德時代快充技術

如圖2所示為寧德時代的快充技術，15分鐘可將電池荷電狀態(tài)（SOC）從8%增加到80%。其創(chuàng)新依然是快離子環(huán)和“超電子網?。

快離子環(huán)是在負極石墨表面打造一圈高速通道，讓鋰離子能快速嵌入石墨的任何位置，大大提高鋰離子在石墨負極的嵌入速度。并且要保證快充時，能兼顧高能量密度特性，不會在負極出現(xiàn)副產物，影響電芯循環(huán)壽命和穩(wěn)定性。

“超電子網?用來修飾正極材料。具體是結合鋰電池正負極極片的晶體取向系數(shù)等設計調配，起到優(yōu)化電解液、正負極的動力學性能，使化學體系和電池設計參數(shù)達到最優(yōu)匹配。

當然，為了確保快充電芯的安全可靠性，寧德時代的技術能算出在不同溫度和SOC狀態(tài)下的“健康充電區(qū)間?。

隨后將充電電流保持在“健康充電區(qū)間?范圍，即可以實現(xiàn)快速充電，又可以不讓電池受到快充的損害，做到快充、長循環(huán)和安全可靠性兼顧。

合肥國軒：充電策略優(yōu)化

合肥國軒針對電池快速充電，發(fā)明專利是一種鋰離子充電策略優(yōu)化方法，如圖3所示，主要分三階段實施。

第一階段，將多個電池分別以不同充電倍率充電，以相同放電倍率放電。循環(huán)多次，根據(jù)電池容量最終保持率和電池負極有無析鋰，確定析鋰充電倍率C2。

第二階段，以析鋰充電倍率C2充電至不同SOC狀態(tài)，再以相同析鋰放電倍率放電。循環(huán)多次。根據(jù)最終電池負極有無析鋰，確定析鋰充電倍率C2下不析鋰的SOC1。

第三階段，以低于析鋰充電倍率C2的方式充電至90%SOC，再以0.2C充電至95%SOC，隨后以0.1C充滿。最后循環(huán)多次放電，根據(jù)電池負極有無析鋰確定高電壓下不析鋰充電倍率C3.

合肥國軒的該項專利通過測定電池充電允許的最大持續(xù)倍率及對應的截止SOC，進而確定最佳充電策略。

該方法好處是保證電池循環(huán)性能，減少實際充電時間，也可用于不同廠商電池充電性能對標，有利于提升電池設計與制作水平。

圖3 充電優(yōu)化流程圖

參考文獻：

[1] 合肥國軒高科動力能源有限公司 一種鋰離子電池充電策略的優(yōu)化方法 [P]:中國 2019-3-29

[2] 解析寧德時代四大動力電池核心技術 [OL]：高工鋰電 2019-9-12

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