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快充不是EV的萬能藥 淺析車載動力鋰離子電池
發布時間： 2021-08-12
談到新能源汽車自然就會談到動力，而電池這個東西有關我們大多數人來說又是個既熟悉又生疏的存在。熟悉的是電池存在于我們身邊方方面面的使用之中，生疏的則是它的來龍去脈、脾氣秉性。而大規模使用于新能源汽車的三元鋰離子則是一個不斷更新的電池體系，涉及了物理學與化學的諸多研究范疇。這就使得人們有關鋰離子電池更加缺乏深入理性的了解，而這個系列文章將試圖將車載動力鋰離子電池的相關問題做一個淺顯的解析，希望能對朋友們有所幫助。
充電速度慢，特別是相有關燃油車幾分鐘加滿油箱的體驗來說落差過大，是當前新能源車的一個緊要痛點。而針對這個問題，很多宣傳中都將快充作為了車輛的一個緊要指標?？斐鋵嵲谀芴嵘妱悠嚨氖褂帽憷?，但我們也應當認識到快充同樣也帶來了一系列的問題。
一、快充的問題
有關充電，我們的要求其實很簡單：快速、高效、安全。用通俗的話講就是不出危險、不傷我電池的情況下盡可能快的充電，充電過程中也不要浪費。而快充所包括的參與者則包括了電池、充電機和配套設施，那么討論快充自然離不開這三個參與者。
1、快充倍率
首先，我們的先明確一下究竟啥叫快充。行業里有關快充的含義并不是看詳盡的充電功率，而是根據一個叫充電倍率的指標，單位是C。充電倍率通俗的說就是一塊電池要用一小時的幾倍時間洋溢，1小時洋溢是1C、2小時洋溢是0.5C而半小時洋溢就是2C。按照早前的國際推薦標準，超過0.1C的倍率就可稱之快充了。而在當前的電動汽車中，國家層面在商用車標準是3C，而乘用車則差不多在1.6C才能稱之為快充。但目前乘用車的快充倍率在1C-1.2C左右。
所以，一輛帶電量60kWh、充電功率60kW的車和一輛帶電量40kWh、充電功率50kW的車相比，真的是50kW充電功率的車的快充能力更強。
2、快充的參與者
電池、充電機和配套設施，從執行難度上看充電機相對容易，而電池和配套設施方面則都面對著令人頭疼的現狀。
充電樁
目前國內外都有大功率快充樁的消息不斷傳來，而其自身的緊要問題其實不過是要怎么樣商業化、要怎么樣平衡成本。而更多的問題則有什么樣的電池能承受這么大的充電倍率（目前乘用車最大帶電量也就100kWh，而500kW的充電帶來的將是5C的充電倍率），和如此大的突發用電功率要怎么樣做好電網配套。
電池
先說鋰離子電池，這是一種比較新興的二次電池（也就是俗稱的，是多次循環使用的；相對應一次性的干電池則是一次電池），由于其相對適用于大倍率充放電的特性而廣泛使用于當前的新能源汽車范疇。
而我們所要的快充能力則就是建立在鋰離子電池的理化結構特性的基礎上的，是有其內在科學規律的，不可能憑空而來的“放衛星”。鋰離子電池快充要在在電池整體的各個環節中都下功夫，緊要包括正極、負極、電解液、隔膜和結構設計等。其中正極材料與結構設計方面目前是瓶頸最小的部分，而負極、隔膜、電解液這三者都在快充與安全、壽命等方面存在著嚴重的矛盾。
負極方面，而快充大電流帶來負極迅速接納鋰的壓力變大，進而生成鋰枝晶的傾向變大。因此快充時負極不僅要滿足鋰擴散的動力學要求，更要處理鋰枝晶生成傾向加劇帶來的安全性問題，所以快充電芯實際上緊要的技術難點鋰離子在負極的嵌入。受限于成本目前仍以石墨為主。雖然石墨綜合的出產性能、能量密度方面都比較優秀，但其表面有關電解液較為敏感的缺點也對快充時、特別是枝晶生長造成隔膜破碎后的的電池安全造成了不利影響。
電解質有關快充鋰離子電池的性能影響很大。要保證電池在快充大電流下的穩定和安全性，電解液要做到不能分析、導電率要高、對正負極材料是惰性的，不能反應或溶解。倘若要達到這幾個要求，關鍵要用到添加劑和功能電解質。詳盡到則非得向其中加入各種抗高溫類、阻燃類、防過充電類的添加劑保護，才能一定程度上提高其安全性。
而隔膜則是隔離正負極、戒備內部短路的關鍵，而快充則對隔膜的安全性與壽命造型了相當的壓力。特別是近年來國內有些公司因過度追求單體能量密度而大幅度的降低隔膜厚度，使得隔膜有關枝晶穿刺等的應對能力出現了一定隱患。
要留意的是有一種情況，枝晶的積累穿刺瀕臨界限甚至已經出現了眾多的微短路，但其所出現的熱在慢慢提高電池溫度卻還未高到讓材料燃燒、出現的氣體也未足以撐破電池外殼。這時，經過一段時間后，電池才會發生爆炸。這也是我們目前很難精確預報電池起火的原由之一。
電池充電中還有一個關系到用戶的實際利益問題，就是快充會造成很大程度的“浮電”問題，也就是我們常說的快充后的電池不耐用。
所以在電池技術取得重大進步前，電池在保證自身綜合性能平衡的前提下，快充性能不可能出現飛躍式的進展。
配套設施
快充最緊要的配套需求就是電網適配。無論的巨大的用電量還是突發用電功率都對現有電網構成了重大的壓力，而總所周知電網的適配能力是非常有限的，不可能無限制的應對發展越來越迅速、基數越來越龐大的新能源汽車的快充需求。
所以，快充是不可能成為主流充電形式的，“慢充為主、快充應急”將是很長一段時期內的新能源車充電的緊要生態。
2充電的將來發展
二、充電的將來發展
其實我們追求快充的根本是有關電池車使用便利性的追求，而便利性提升的途徑并不僅僅是快充。
將來的充電很可能是由有線慢充、有線快充、無線慢充、無線快充、快速換電等形式，其中無線充電將與自動駕駛技術深度融合。
隨著電動汽車的保有量的大幅度上升，將來發展新能源汽車的一個附加價值將得到重大發展，那就是通過V2G（車與電網的互聯互動）實現對電網的調峰調頻，這將出現重大的社會效益。僅就車主個人而言，自己的私家車將會作為一個小型的儲能站，不但會大大降低用車費用，甚至還有可能有一定的額外收益。
結語：
歷史早已證明一個盲從群體的破壞性與寬容度都是令人心驚的，而一個成熟、理性的汽車市場與用戶群體有關主機廠的長遠健康發展是有益的。值此汽車行業的大變革、大轉型的時期，也正是引導、培育我國健康的汽車市場良好時期，適度、準確的信息傳播才是正確做法。有關快充這個事情，同樣如此。