鉅大LARGE | 點擊量：2814次 | 2021年03月25日
快充對電池各部分有什么要求
快充，對電池各部分的要求
關于電池來說，假如要提升功率性能，要在電池整體的各個環(huán)節(jié)中都下功夫，重要包括正極、負極、電解液、隔膜和結構設計等。
正極
實際上，各種正極材料幾乎都可以用來制造快充型電池，重要要保證的性能包括電導(減少內(nèi)阻)、擴散(保證反應動力學)、壽命(不要解釋)、安全(不要解釋)、適當?shù)募庸ば阅?比表面積不可太大，減少副反應，為安全服務)。
當然，關于每種具體材料要解決的問題可能有所差異，但是我們一般常見的正極材料都可以通過一系列的優(yōu)化來滿足這些要求，但是不同材料也有所差別：
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
A、磷酸鐵鋰可能更側重于解決電導、低溫方面的問題。進行碳包覆，適度納米化(注意，是適度，絕對不是越細越好的簡單邏輯)，在顆粒表面處理形成離子導體都是最為典型的策略。
B、三元材料本身電導已經(jīng)比較好，但是其反應活性太高，因此三元材料少有進行納米化的工作(納米化可不是什么萬金油式的材料性能提升的解藥，尤其是在電池領域中有時還有好多反用途)，更多在重視安全性和抑制(與電解液的)副反應，畢竟目前三元材料的一大命門就在于安全，近來的電池安全事故頻發(fā)也對此方面提出了更高的要求。
C、錳酸鋰是則關于壽命更為看重，目前市面上也有不少錳酸鋰系的快充電池。
負極
鋰離子電池充電的時候，鋰向負極遷移。而快充大電流帶來的過高電位會導致負極電位更負，此時負極迅速接納鋰的壓力會變大，生成鋰枝晶的傾向會變大，因此快充時負極不僅要滿足鋰擴散的動力學要求，更要解決鋰枝晶生成傾向加劇帶來的安全性問題，所以快充電芯實際上重要的技術難點為鋰離子在負極的嵌入。
A、目前市場上占有統(tǒng)治地位的負極材料仍然是石墨(占市場份額的90%左右)，根本原因無他便宜，以及石墨綜合的加工性能、能量密度方面都比較優(yōu)秀，缺點相對較少。石墨負極當然也有問題，其表面關于電解液較為敏感，鋰的嵌入反應帶有強的方向性，因此進行石墨表面處理，提高其結構穩(wěn)定性，促進鋰離子在基上的擴散是重要要努力的方向。
B、硬碳和軟碳類材料近年來也有不少的發(fā)展：硬碳材料嵌鋰電位高，材料中有微孔因此反應動力學性能良好；而軟碳材料與電解液相容性好，MCMB材料也很有代表性，只是硬軟碳材料普遍效率偏低，成本較高(而且想像石墨相同便宜恐怕從工業(yè)角度上看希望不大)，因此目前用量遠不及石墨，更多用在一些特種電池上。
C、鈦酸鋰如何？簡單說一下：鈦酸鋰的優(yōu)點是功率密度高，較安全，缺點也明顯，能量密度很低，按Wh計算成本很高。因此關于鈦酸鋰離子電池的觀點是一種有用的在特定場合下有優(yōu)勢的技術，但是關于很多對成本、續(xù)航里程要求較高的場合并不太適用。
隔膜
關于功率型電池，大電流工作對其安全、壽命上供應了更高的要求。隔膜涂層技術是繞不開的，陶瓷涂層隔膜因為其高安全、可以消耗電解液中雜質(zhì)等特性正在迅速推開，尤其關于三元電池安全性的提升效果格外顯著。
陶瓷隔膜目前重要使用的體系是把氧化鋁顆粒涂布在傳統(tǒng)隔膜表面，比較新穎的做法是將固態(tài)電解質(zhì)纖維涂在隔膜上，這樣的隔膜的內(nèi)阻更低，纖維關于隔膜的力學支撐效果更優(yōu)，而且在服役過程中其堵塞隔膜孔的傾向更低。
涂層以后的隔膜，穩(wěn)定性好，即使溫度比較高，也不容易收縮變形導致短路，清華大學材料學院南策文院士課題組技術支持的江蘇清陶能源公司在此方面就有一些代表性的工作。
電解液
電解液關于快充鋰離子電池的性能影響很大。要保證電池在快充大電流下的穩(wěn)定和安全性，此時電解液要滿足以下幾個特性：A)不能分解，B)導電率要高，C)對正負極材料是惰性的，不能反應或溶解。
假如要達到這幾個要求，關鍵要用到添加劑和功能電解質(zhì)。比如三元快充電池的安全受其影響很大，必須向其中加入各種抗高溫類、阻燃類、防過充電類的添加劑保護，才能一定程度上提高其安全性。而鈦酸鋰離子電池的老大難問題，高溫脹氣，也得靠高溫功能型電解液改善。
