《锂离子动力电池超级快充:挑战与机遇》
在当今追求绿色出行和可持续发展的时代,电动汽车的发展势头迅猛。然而,里程焦虑和充电时间长等问题一直困扰着消费者,也成为电动汽车进一步普及的阻碍。锂离子动力电池超级快充技术的出现,为解决这些问题带来了新的希望,但同时也面临着一系列关键问题。
欧阳明高院士课题组与英国帝国理工学院 Gregory Offer 课题组、法拉第研究所的 Billy Wu 及壳牌石油公司的研究人员联合发表的综述文章,全面深入地探讨了锂离子电池快充的关键问题。从材料层级到系统层级,为我们揭示了影响锂离子电池快速充电的各种因素。
快速充电能力的提升是电池厂商和整车厂的共同目标。从电动车充电的分类来看,直流充电速度更快,特斯拉率先使用 120kW 快充,博世更是发布了 350kW 快充计划并在部分车型中实现。更高的充电功率要求更高的电池 Pack 电压,以避免电流过大和产热过高的问题。然而,尽管快充技术取得了较大进展,但并非在所有情况下都适用。充电功率会在持续充电过程中逐渐衰减,且快充模式下电池通常只能充至 80% 的电量,更高电量下充电倍率会减小以避免过充。电池管理系统也会对充电功率进行限制。
电池快速充电的原理复杂而微妙。理想的电池应具备长寿命、高能量密度和高功率密度特性,以满足电动汽车长距离行驶和快速充电的需求。但这些特性之间存在着 trade-off 关系,而温度则是快充的关键限制因素。温度下降时,为确保安全性,充电速率和最大电压都应减小。析锂风险随温度降低显著增加,甚至在高温高充电倍率和高能量密度时也可能发生。快充效率与温度密切相关,低温下充电效率大幅降低,主要是因为电池管理系统在低温下会限制额定功率。
锂离子电池的结构和充电过程也决定了快充的挑战。锂离子在充电时从正极经过电解液传输到负极,主要传输路径包括经过固态电极、电极 / 电解质界面和电解液。但不当使用条件会引起副反应,影响电池性能和寿命。大量研究表明,负极是充电过程中的主要关注对象,锂金属可能析出成枝晶,刺穿隔膜造成内短路。影响锂沉积和沉积结构的因素众多,通过电池设计降低负极内阻对提高快充能力至关重要。此外,温度、电极厚度等因素也不容忽视。
锂离子动力电池超级快充技术虽然面临诸多挑战,但也带来了巨大的机遇。解决这些关键问题,将推动电动汽车行业的快速发展。在材料研发方面,可以探索新型电极材料和电解液,提高锂离子传输效率,降低析锂风险。在电池设计方面,优化电极结构和厚度,提高电池的热管理能力,确保快充过程中的安全性和稳定性。在系统集成方面,加强电池管理系统的智能化,根据不同的充电环境和工况,动态调整充电策略。
总之,锂离子动力电池超级快充技术是电动汽车发展的关键之一。面对挑战,我们需要跨学科、多尺度地深入研究,整合各方资源,共同攻克关键问题。相信在不久的将来,锂离子动力电池超级快充技术将为电动汽车的普及和可持续交通的发展做出更大的贡献。在文章中加入超级快充技术在实际应用中的案例锂离子动力电池超级快充技术的未来发展趋势是怎样的?超级快充技术会对锂离子电池的使用寿命产生什么影响?