“充电焦虑”和“路程焦虑”是纯电动轿车大规模产业化面对的一大妨碍。在近来举行的2019世界新能源轿车大会上，一项名为“高比能快充锂离子电池”的技能获得了全球新能源轿车立异技能奖。
该技能突破了石墨体系不能快速充电的技能瓶颈，在坚持高能量密度、高安全性、长寿数等优点基础上，可在15分钟内完结100%充电，保证电动轿车300公里的续航路程。
这一技能的秘诀安在，怎么能够在完结电动车快速充电的一起，也让新能源用户感受到相似手机一样的“充电五分钟，通话两小时”的快捷？
现在业界的快充方法均有坏处
众所周知，对于纯电动轿车而言，电池体系的充放电功能是决议车辆实践使用效果的重要目标。高能量密度和快速充电才能不仅是各动力电池厂商不断尽力开发的技能方向，更是新能源技能的核心领域。
“锂离子电池又被称为摇椅电池。”宁德年代新能源科技股份有限公司(以下简称宁德年代)科研项目主管程晓燕告诉科技日报记者，摇椅的两端为电池的两极，锂离子在摇椅的两端来回奔跑。充电时，锂离子从电池的正极经过电解液移动到负极。作为负极的石墨呈层状结构，锂离子经过层间嵌入到石墨中,嵌入的锂离子越多，充电容量越高。
衡量电动车充电效率的一个关键目标是充放电倍率（C）。充放电倍率，能够简略理解为充、放电的速率。锂离子电池的充放电倍率，决议了咱们能够以多快的速度，将一定的能量存储到电池里面，或者以多快的速度，将电池里面的能量释放出来。例如，额定容量为100安时的电池用20安放电时，其放电倍率为0.2C，所用的容量1小时放电结束，称为1C放电；5小时放电结束，则称为0.2C放电。
业界遍及认为，电动轿车快充是指充电倍率大于1.6C的充电方法，也便是从0%充电到80%时刻小于30分钟的技能。
望文生义，要缩短充电时刻，就要不断进步充放电倍率。快充技能的核心，便是经过化学体系和规划优化，加快锂离子在正负极间移动的速度。可是，在研制快充技能韶光考虑速度还不可。
快充时，锂离子需求加快瞬时嵌入到负极。这对负极快速接收锂离子的才能挑战很大。一般化学体系的电池，在快充时负极会呈现析锂等副产物，影响电芯的循环和稳定性，只能选用可承受快充大电流的负极资料来做到快充。
程晓燕表明，现在业界为了完结快速充电，遍及选用钛酸锂和无定形碳作为负极活性资料，可是钛酸锂和无定形碳在实践使用中均不可避免的存在能量密度严重不足、成本高的缺点，常规增加导电资料用量的规划，也会影响电芯的能量密度。“近年来，部分厂商开端探索将石墨作为活性资料，但石墨在作为快充资料时面对的难题是，怎么让锂电子快速从正极释放出来，再快速从负极进去。”
程晓燕解说说，石墨更像高速路，尽管能量密度更高，但锂电子只能顺序经过。
也便是说，石墨并非天然生成适合于快充技能的原料。“但咱们用技能突破了原料本身瓶颈，它的杀手锏便是‘快离子环’和‘超电子网’。”程晓燕感叹道。
快离子环和超电子网让充电加快
“咱们以石墨作为负极主材，立异性运用孔道优化和‘快离子环’技能，在石墨外表打造一圈高速通道，使锂离子能快速嵌入石墨的任何方位，大大进步锂离子在石墨负极的嵌入速度，而且，修饰后的石墨兼顾超级快充和高能量密度的特性，不会在快充时在负极会呈现副产物，影响电芯的循环和稳定性。”程晓燕说。
此外，技能团队开发了“超电子网”技能修饰正极资料，结合正负极极片的晶体取向和容量过量系数等规划参数分配，优化电解液、正负极的动力学功能，使化学体系和电池规划参数到达最优匹配。
“通俗来讲，‘快离子环’和‘超电子网’分别作用于负极和正极，为很多锂离子一起涌入负极树立快速通道，进步锂离子扩散速率。”程晓燕说。
此外，在机械件规划方面，该团队发明性地对电池单体顶盖进行简化规划，将电极端子设置到顶盖板侧面并减小端子厚度，显着降低内阻，有效操控快充发热量，保证快充可靠性的一起进步5%以上能量密度。
“咱们的快充技能具有4C—5C快充才能，完结10—15分钟快速充电，与钛酸锂负极的快充体系比较，具有显着的能量密度和成本优势，与行业界相同用石墨作负极的其他快充技能比较，坚持平等电池能量密度条件下，能进步20%—30%充电速度，并具有更好的循环和耐候功能。”程晓燕说。
已成功使用于5000多台大巴
现在，宁德年代研制的以快充石墨为负极主材的超级铁锂快充电池，已经使用在超越5000台电动大巴上，大巴运转状况良好，得到整车企业和公交用户的好评，该电池也被交通部评为“新能源公交最佳口碑电池”。
该电池除了能量密度有较大优势，在循环寿数方面，以使用工况较为严苛的公交车为例，平均每天满充溢放次数约2次，粗算下来，满意8年运营需求，电池循环需求5600次以上。超级铁锂电池电芯循环寿数则可达10000次，不仅能彻底满意电动车运营需求，电动车退役后还可用于储能等梯次使用，发明更多经济价值。
“为了保证快充电芯的安全可靠性，咱们还开发了专门的技能来识别化学体系在不同温度和SOC状况下的‘健康充电区间’, 然后在这个‘健康充电区间’范围内进行快充，就能够既完结快速充电，又能够不让电池受到快充的危害，做到快充、长循环和安全可靠性兼顾。”程晓燕表明。
耐候性方面，为满意北方冬天低温充电和南边夏天高温工况的要求，技能团队专门开发了高效热办理体系，保证电池处于合理的温度区间。低温时可快速为电芯加热，温度到达要求即可敞开快充模式；高温时，体系会给电芯降温，真实做到“全气候”的快充。
“咱们正在开发单体能量密度大于160瓦时每千克的2C—2.5C高能量密度长寿数（循环大于6000次）快充铁锂电池，估计2019年年底量产。本技能一起向三元体系乘用车使用与开展，已完结350公里续航，15分钟内完结充电。”程晓燕说，公司还计划在未来1—2年内推出能量密度高达255瓦时每千克的三元动力电池产品，可在18分钟内完结快速充电。
