充電速度作為動(dòng)力電池的核心性能指標(biāo)，對(duì)于電動(dòng)汽車的使用體驗(yàn)起著至關(guān)重要的作用。
聚焦于此，頭部動(dòng)力電池企業(yè)都在該領(lǐng)域持續(xù)投入。以寧德時(shí)代最新推出的快充技術(shù)為例，15分鐘即可將電池荷電狀態(tài)（SOC）從8%增加到80%。
圖1 寧德時(shí)代的快充技術(shù)
有業(yè)內(nèi)人士表示，寧德時(shí)代發(fā)布的快充技術(shù)跟高功率直流充電密切相關(guān)。
高功率充電，一般指充電樁提供超過150KW，對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行大電流充電。
高功率充電的好處是充電樁使用的頻率提高，其服務(wù)能力得到擴(kuò)張，消費(fèi)者滿意度提升，盈利也能得到改善。
同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)400V大電流或800V小電流充電，大幅降低新能源汽車的續(xù)航里程焦慮。
圖2不同電壓下充電樁的電流輸出
對(duì)于高功率充電的技術(shù)難度，據(jù)高工鋰電了解，主要集中在動(dòng)力電池。
緣由是對(duì)充電樁而言，輸出高電壓和高電流的技術(shù)難度遠(yuǎn)比電池化學(xué)性能提升要容易的多。
從動(dòng)力電池的層面看高功率充電，主要取決于電芯析鋰窗口和熱管理。
析鋰是鋰離子沉積，擇優(yōu)取向生長出枝晶，容易刺穿隔膜，導(dǎo)致電芯內(nèi)短路。熱管理則是充電電流大，電池有內(nèi)阻，產(chǎn)生大量的熱，溫度升高，需進(jìn)行管控。
圖3 鋰枝晶刺穿隔膜
從現(xiàn)在的高功率充電模式看，一般是先恒流大電流，再恒壓小電流充電。一方面電池本身存在一個(gè)極限電流，一旦超過，就容易出現(xiàn)快充，內(nèi)短路，熱失控等現(xiàn)象。
另一方面電池相當(dāng)于電容器串聯(lián)電阻，這個(gè)電阻主要是物理電阻。
物理電阻只有幾毫歐姆，若電壓稍微增加幾伏特，按照電路原理，電流會(huì)增加幾百安倍。這時(shí)過大的電流會(huì)擊穿電容器，讓電池失去存儲(chǔ)電量的能力。
高功率充電的過程，打個(gè)比方，就像用水糊面。剛開始恒流充電，就相當(dāng)于在面中注水。
最初，由于面粉結(jié)構(gòu)較松散，與水的接觸的表面積大，容易混勻。隨著注入水越多，攪拌越困難，開始呈粘稠狀，這時(shí)要混勻就難得多了。
顯然再加水，就相當(dāng)于繼續(xù)充電，屬于過充。這時(shí)電池內(nèi)部的正負(fù)極電化學(xué)反應(yīng)會(huì)受到比較大的破壞，引發(fā)安全性風(fēng)險(xiǎn)。
就國內(nèi)來看，做高功率快充的電池企業(yè)主要有寧德時(shí)代、比亞迪、天津力神、微宏動(dòng)力和銀隆新能源等企業(yè)。
其中產(chǎn)品性能普遍達(dá)到1C——2C的企業(yè)有寧德時(shí)代、比亞迪和天津力神，達(dá)到2C以上的主要是微宏動(dòng)力和銀隆新能源，其余企業(yè)大多在0.2C——1C之間。
另外，高工鋰電從資深業(yè)內(nèi)人士獲悉，國內(nèi)高功率快充能做到10C以上，換而言之是不到6分鐘就充滿。但這種動(dòng)力電池，能量密度可能會(huì)低一點(diǎn)，安全性風(fēng)險(xiǎn)高一點(diǎn)。
從制造上考慮，在新能源汽車裝載電池包的空間限定條件下，要想實(shí)現(xiàn)更高的功率快充，至少要加快鋰離子的遷移速率和反應(yīng)嵌入數(shù)量。
解決方式，一般從電池材料體系和材料工藝兩方面進(jìn)行。
材料體系方面，比如負(fù)極使用硅碳復(fù)配石墨、正極高鎳多摻鈷元素等方式來提升高功率快充能力。
關(guān)于高鎳三元正極，鎳決定著能量密度，鈷影響快充能力，錳或鋁元素起穩(wěn)定平衡作用。在一定程度上，鈷含量越高，快充能力就越強(qiáng)，但能量密度相對(duì)低一些。
圖4 三元材料中鈷不同比例的能量密度
材料工藝上，常用的是碳化學(xué)包覆、電化學(xué)腐蝕，石墨改性，材料納米化等方式增加鋰離子遷移時(shí)的接觸表面積，多存儲(chǔ)和捕獲鋰離子。也有用更高性能的隔膜，加速鋰離子從正極遷出，經(jīng)電解液通過隔膜的速率。
其中對(duì)電池而言，高功率快充跟高能量密度往往是“矛盾”關(guān)系。原因是要快充就需要鋰離子遷移的正負(fù)極比表面積大，再加上電極本身受尺寸限制，涂層厚度不能太厚，就只能縮減電池能量密度。
另外快充和高能量密度都容易增加副反應(yīng)，出現(xiàn)析鋰沉積，從而縮減循環(huán)使用壽命，甚至引發(fā)安全隱患。
所以電池性能提升要在高功率快充和高能量密度之間尋找平衡，有側(cè)重點(diǎn)進(jìn)行選擇。不能簡(jiǎn)單粗暴的通過高功率充電來實(shí)現(xiàn)快充。
聲明：
1、圖片來源于公號(hào)汽車電子設(shè)計(jì)、寧德時(shí)代、皆電GeekNEV、EV知道，如涉及版權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系。
