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(shí)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(jì)，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(diǎn)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(shí)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(yùn)動健將，在搖椅的兩端來回奔跑。充電時(shí)，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(yùn)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(shí)，鋰離子需要加速瞬時(shí)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(shí)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(jì)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(shí)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(diǎn)，讓他不失為快充的優(yōu)質(zhì)選擇。在專家看來，這個(gè)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(gè)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?yàn)閭鹘y(tǒng)電池并不是按快充設(shè)計(jì)的，快充的時(shí)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(shí)，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(diǎn)，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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(dú)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(gè)相同設(shè)計(jì)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(gè)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(gè)滿負(fù)荷的工作狀態(tài)，長此以往電池會很疲憊。