磷酸鐵鋰電池快充技術(shù),磷酸鐵鋰能快充嗎

來源：存能電氣  日期：2019-08-01 11:27  瀏覽量：次

　　磷酸鐵鋰電池快充技術(shù)，磷酸鐵鋰能快充嗎？快充作為新能源汽車發(fā)展最為重要的技術(shù)路徑，其對于緩解續(xù)航里程焦慮、減少充電時間等效果顯著，因此也成為不少車企和電池企業(yè)的市場選擇。快充技術(shù)的核心就是在不影響電芯壽命和安全性的前提下，通過化學(xué)體系的設(shè)計，加速鋰離子在正負(fù)極移動的速度，很多快充技術(shù)都是圍繞這一點進(jìn)行優(yōu)化。那么磷酸鐵鋰能快充嗎？磷酸鐵鋰電池快充技術(shù)是什么？

　　磷酸鐵鋰電池快充技術(shù)

　　快充和慢充是相對的概念。業(yè)界普遍認(rèn)為，電動汽車快充是指充電電流大于1.6C的充電方式，也就是從0%充電到80%時間小于30分鐘的技術(shù)。如果我們把磷酸鐵鋰電池形象地比喻為一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子就像優(yōu)秀的運動健將，在搖椅的兩端來回奔跑。充電時，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過電解液運動到負(fù)極。作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，以供到達(dá)負(fù)極的鋰離子嵌入。嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。快充時，鋰離子需要加速瞬時嵌入到負(fù)極。這對負(fù)極的快速接收鋰離子的能力挑戰(zhàn)很大。普通化學(xué)體系的電池在快充時負(fù)極會出現(xiàn)副產(chǎn)物，影響電芯的循環(huán)和穩(wěn)定性。

　　所以，磷酸鐵鋰電池快充的技術(shù)的核心就是在不影響電芯壽命和可靠性的前提下，通過化學(xué)體系和設(shè)計優(yōu)化，加速鋰離子在正負(fù)極移動的速度。鋰離子在正/負(fù)極的擴(kuò)散和移動，跟百米賽跑一樣。我們希望跑道要足夠的寬，不要相互擁擠。如何拓寬通道呢？

　　為此，在負(fù)極石墨表面，CATL采用了“快離子環(huán)”技術(shù)，相當(dāng)于在石墨表面打造一圈高速跑道，極大地加快鋰離子在石墨層的嵌入，修飾后的石墨兼顧超級快充和高能量密度的特性。

　　磷酸鐵鋰能快充嗎？

　　有人說磷酸鐵鋰不適合做快充，原因是其導(dǎo)電性不夠好，快充時易發(fā)熱。但這只是針對純相磷酸鐵鋰材料而言，其在經(jīng)過晶粒細(xì)化、表面碳包覆、晶胞元素?fù)诫s之后擁有良好的離子和電子遷移速率，適用于快速充電。而磷磷酸鐵鋰高安全性、高熱穩(wěn)定性及長循環(huán)壽命的特點，讓他不失為快充的優(yōu)質(zhì)選擇。在專家看來，這個問題存在兩面性。從材料上看，磷酸鐵鋰材料的本征電導(dǎo)率比較低，僅為三元材料的百分之一，需要對磷酸鐵鋰材料進(jìn)行導(dǎo)電性優(yōu)化才能滿足快充的需求。

　　專家表示，經(jīng)過CATL的改造，磷酸鐵鋰電池已經(jīng)不是“原來那個磷酸鐵鋰”，甚至比三元材料更好。在正極上，CATL開發(fā)了“超導(dǎo)電子網(wǎng)”技術(shù)，使得磷酸鐵鋰具有優(yōu)異的電子導(dǎo)電性能，可達(dá)三元材料的1000倍。

　　他指出，目前的磷酸鐵鋰快充電池的循環(huán)性能比不快充的要好，從原理上講，循環(huán)性能跟充電是不存在矛盾的。那為什么傳統(tǒng)電池一用快充循環(huán)就不好？那是因為傳統(tǒng)電池并不是按快充設(shè)計的，快充的時候就會有副產(chǎn)物或者副反應(yīng)，副反應(yīng)多了以后，循環(huán)自然變差。一旦解決了快充的動力學(xué)問題，它的循環(huán)最起碼不會變差。與此同時，快充電池不但動力學(xué)高了，而且由于能量密度比非快充的低一點，能量密度低了，電解液多了，循環(huán)變得更好就不足為怪了。實際上，他們目前開發(fā)的磷酸鐵鋰快充電池可以達(dá)到10000循環(huán)。

　　在負(fù)極石墨表面，寧德時代采用了“快離子環(huán)”技術(shù)修飾，修飾后的石墨兼顧超級快充和高能量密度的特性，快充時負(fù)極不再出現(xiàn)副產(chǎn)物，所以大大提高鋰離子在石墨層的嵌入速度，使其具備4-5C快充能力，實現(xiàn)10-15分鐘快充充電，并能保證系統(tǒng)級別70wh/kg以上的能量密度，實現(xiàn)10000次的循環(huán)壽命。

　　同樣作為國內(nèi)磷酸鐵鋰電池的代表企業(yè)，深圳市沃特瑪電池有限公司是國內(nèi)最早成功研發(fā)新能源汽車動力電池，并率先實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)和批量應(yīng)用的國家高新技術(shù)企業(yè)。

　　沃特瑪電芯研究所所長許輝在采訪中說出了沃特瑪快充上的獨門絕技。在正極上，沃特瑪使用的粒徑更小的磷酸鐵鋰，目前市場上普遍的磷酸鐵鋰粒徑在300~600nm之間，而沃特瑪只用100~300nm的磷酸鐵鋰，這樣鋰離子將擁有更快的遷移速度，能夠更大倍率的電流進(jìn)行充放電。

　　而在負(fù)極端也是采用粒徑更小的人造石墨進(jìn)行碳包覆：小粒徑有利于鋰離子的脫離和嵌入；碳包覆能對電池的循環(huán)壽命進(jìn)行優(yōu)化改善，微孔的碳結(jié)構(gòu)有利于電解液的吸附和保液從而起到改善循環(huán)壽命的作用。

　　每一個相同設(shè)計的磷酸鐵鋰電池，都存在著“健康充電區(qū)間”，而快充電池的化學(xué)體系是經(jīng)過特殊優(yōu)化的，其“健康充電區(qū)間”比慢充電池的大，所能承受的充電電流自然比慢充電池要大。電池有個有效容積，一般達(dá)到了95%就達(dá)到了有效容積。如果每次都讓電池充滿，電池會處于一個滿負(fù)荷的工作狀態(tài)，長此以往電池會很疲憊。