“充電焦慮”和“里程焦慮”是純電動汽車大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化面臨的一大障礙 。 在近日召開的2019世界新能源汽車大會上， 一項名為“高比能快充鋰離子電池”的技術(shù)獲得了全球新能源汽車創(chuàng)新技術(shù)獎 。
該技術(shù)突破了石墨體系不能快速充電的技術(shù)瓶頸， 在保持高能量密度、高安全性、長壽命等優(yōu)點基礎(chǔ)上， 可在15分鐘內(nèi)完成100%充電， 確保電動汽車300公里的續(xù)航里程 。
這一技術(shù)的秘訣何在， 如何能夠在實現(xiàn)電動車快速充電的同時， 也讓新能源用戶感受到類似手機一樣的“充電五分鐘， 通話兩小時”的便捷？
目前業(yè)界的快充方式均有弊端
【新型電池讓電動汽車甩掉“充電焦慮”】眾所周知， 對于純電動汽車而言， 電池系統(tǒng)的充放電性能是決定車輛實際使用效果的重要指標(biāo) 。 高能量密度和快速充電能力不僅是各動力電池廠商不斷努力開發(fā)的技術(shù)方向， 更是新能源技術(shù)的核心領(lǐng)域 。
“鋰離子電池又被稱為搖椅電池 。 ”寧德時代新能源科技股份有限公司(以下簡稱寧德時代)科研項目主管程曉燕告訴科技日報采訪人員， 搖椅的兩端為電池的兩極， 鋰離子在搖椅的兩端來回奔跑 。 充電時， 鋰離子從電池的正極經(jīng)過電解液移動到負極 。 作為負極的石墨呈層狀結(jié)構(gòu)， 鋰離子通過層間嵌入到石墨中,嵌入的鋰離子越多， 充電容量越高 。
衡量電動車充電效率的一個關(guān)鍵指標(biāo)是充放電倍率（C） 。 充放電倍率， 可以簡單理解為充、放電的速率 。 鋰離子電池的充放電倍率， 決定了我們可以以多快的速度， 將一定的能量存儲到電池里面， 或者以多快的速度， 將電池里面的能量釋放出來 。 例如， 額定容量為100安時的電池用20安放電時， 其放電倍率為0.2C， 所用的容量1小時放電完畢， 稱為1C放電；5小時放電完畢， 則稱為0.2C放電 。
業(yè)界普遍認為， 電動汽車快充是指充電倍率大于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) 。
顧名思義， 要縮短充電時間， 就要不斷提高充放電倍率 。 快充技術(shù)的核心， 就是通過化學(xué)體系和設(shè)計優(yōu)化， 加速鋰離子在正負極間移動的速度 。 但是， 在研發(fā)快充技術(shù)時光考慮速度還不行 。
快充時， 鋰離子需要加速瞬時嵌入到負極 。 這對負極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， 在快充時負極會出現(xiàn)析鋰等副產(chǎn)物， 影響電芯的循環(huán)和穩(wěn)定性， 只能采用可承受快充大電流的負極材料來做到快充 。
程曉燕表示， 目前業(yè)界為了實現(xiàn)快速充電， 普遍采用鈦酸鋰和無定形碳作為負極活性材料， 但是鈦酸鋰和無定形碳在實際應(yīng)用中均不可避免的存在能量密度嚴(yán)重不足、成本高的缺陷， 常規(guī)增加導(dǎo)電材料用量的設(shè)計， 也會影響電芯的能量密度 。 “近年來， 部分廠商開始探索將石墨作為活性材料， 但石墨在作為快充材料時面臨的難題是， 如何讓鋰電子快速從正極釋放出來， 再快速從負極進去 。 ”
程曉燕解釋說， 石墨更像高速路， 雖然能量密度更高， 但鋰電子只能順序通過 。
也就是說， 石墨并非天生適合于快充技術(shù)的材質(zhì) 。 “但我們用技術(shù)突破了材質(zhì)本身瓶頸， 它的殺手锏就是‘快離子環(huán)’和‘超電子網(wǎng)’ 。 ”程曉燕感嘆道 。
快離子環(huán)和超電子網(wǎng)讓充電加速
“我們以石墨作為負極主材， 創(chuàng)新性運用孔道優(yōu)化和‘快離子環(huán)’技術(shù)， 在石墨表面打造一圈高速通道， 使鋰離子能快速嵌入石墨的任何位置， 大大提高鋰離子在石墨負極的嵌入速度， 并且， 修飾后的石墨兼顧超級快充和高能量密度的特性， 不會在快充時在負極會出現(xiàn)副產(chǎn)物， 影響電芯的循環(huán)和穩(wěn)定性 。 ”程曉燕說 。
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