鉅大LARGE | 點擊量：2335次 | 2021年11月24日
解密主流磷酸鐵鋰離子電池快充技術(shù)
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)過晶粒細化、表面碳包覆、晶胞元素摻雜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。
快充作為新能源汽車發(fā)展最為重要的技術(shù)路徑，其有關(guān)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公司的市場選擇。
在2016年底公布的新能源汽車補貼調(diào)整方法中，將快充類純電動大巴被作為單獨的細分產(chǎn)品，并給予了詳細的補貼標準：按照客車電容量可獲得3000元/Kwh補助，同時根據(jù)“3C-5C、5C-15C、15C+”3個檔次的快充倍率分別獲得0.8倍、1倍、1.4倍補貼。
在此背景下，包括北汽福田、宇通、廈門金龍等主流車企和寧德時代、沃特瑪、盟固利、微宏動力等動力鋰離子電池公司都開始加大了在快充領(lǐng)域的布局。
而從技術(shù)層面來講，盡管科學(xué)界頻頻傳出某種研究或者新材料可大幅度提升電池能量密度的捷報，但在實際生產(chǎn)應(yīng)用中，出于成本、技術(shù)、工藝和安全的考慮，續(xù)航依然是制約新能源汽車發(fā)展的一大因素。在電池技術(shù)尚未取得革命性突破之前，選擇快充來緩解新能源汽車續(xù)航里程不足的缺陷，不失為一個另辟蹊徑的好辦法。
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%
事實上，快充在動力鋰離子電池上的應(yīng)用可謂是早已遍地開花。但究其技術(shù)，其實殊途同歸，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)體系和設(shè)計優(yōu)化，加速鋰離子在正負極移動的速度。
普通化學(xué)體系的電池在快充時負極會出現(xiàn)副產(chǎn)物，影響電芯的循環(huán)和穩(wěn)定性。解決這個攔路虎的一般解決方法是，通過采用特殊設(shè)計的負極材料(如硬碳、軟碳、碳包覆石墨等)來使負極具有承受快充的能力。而有關(guān)只作為鋰離子源的正極材料，其實并無要求，理論上只要能供應(yīng)足夠的鋰離子都可作為正極。
盡管快充技術(shù)大相徑庭，但具體應(yīng)用起來也是八仙過海各顯神通。盤點市場上主流的快充電池，筆者按電池材料分為磷酸鐵理電池、鈦酸鋰離子電池、錳酸鋰離子電池三大類型。
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)過晶粒細化、表面碳包覆、晶胞元素摻雜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。目前國內(nèi)專注于磷酸鐵鋰快充技術(shù)的公司以寧德時代與沃特瑪為代表。
寧德時代作為磷酸鐵鋰離子電池的代表公司，在快充一途上有著自己相當(dāng)成熟成熟的體系。寧德時代是國內(nèi)唯一一家可與日韓電池公司對標的民族公司，具備資源國際化、客戶國際化和人才國際化。公司人力資源雄厚，研發(fā)團隊超群，從研發(fā)設(shè)計，到生產(chǎn)，再到測試驗證，投產(chǎn)，有強大的資源支撐，奠定了產(chǎn)品安全、可靠、耐久的三大優(yōu)勢。
寧德時代技術(shù)部快充專家王升威博士在“2016-2017年度我國客車行業(yè)發(fā)展高峰論壇”上介紹了其快充技術(shù)。有關(guān)正極，寧德時代開發(fā)了“超電子網(wǎng)”技術(shù)，使得磷酸鐵鋰具有優(yōu)異的電子導(dǎo)電性能，可達三元材料的1000倍，同時磷酸鐵鋰的正極也兼顧了快充電池系統(tǒng)的超高安全性和可靠性。
在負極石墨表面，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。
另外，寧德時代當(dāng)前開發(fā)的快充產(chǎn)品，搭載自主研發(fā)的熱管理系統(tǒng)，充分識別固定化學(xué)體系在不同溫度和SOC下的“健康充電區(qū)間”，極大拓寬鋰離子電池的運營溫度。當(dāng)電池處于北方寒冷的冬天時，水熱系統(tǒng)在低溫下為電芯加熱，待電芯溫度達到要求，即開啟快充模式;遇到南方酷暑的夏天時，電池系統(tǒng)自動發(fā)熱報警，水冷系統(tǒng)給電芯降溫，真正做到“全氣候”的快充。
同樣作為國內(nèi)磷酸鐵鋰離子電池的代表公司，深圳市沃特瑪電池有限公司是國內(nèi)最早成功研發(fā)新能源汽車動力鋰離子電池，并率先實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)和批量應(yīng)用的國家高新技術(shù)公司。
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行充放電。
而在負極端也是采用粒徑更小的人造石墨進行碳包覆：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)壽命的用途。
安全上，首先磷酸鐵鋰本身就有著較好的熱穩(wěn)定性，即在熱失控的情況下散發(fā)的熱量較之三元材料小很多，只有1/4左右。然后在電芯結(jié)構(gòu)、成組等方面設(shè)置多重安全防護。沃特瑪電池采用圓柱結(jié)構(gòu)，并在常規(guī)安全裝置外設(shè)有通氣管裝置和拉斷開啟裝置。通氣管裝置能保證內(nèi)部氣壓的平衡，不會有電芯內(nèi)局部氣壓過高導(dǎo)致電池爆炸的風(fēng)險；而拉斷開啟裝置在電池過充、過流、過熱的情況下，會產(chǎn)氣斷開電路，終止電池內(nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)，當(dāng)內(nèi)部氣壓達到一定值會將氣體放出，而不會導(dǎo)致爆炸。
最后許輝表示，沃特瑪電池針對快充還將在一致性和熱管理上提出更加嚴格的要求，以期達到更好的安全和性能。
