中國粉體網(wǎng)訊 續(xù)航和充電問題是制約新能源汽車發(fā)展的兩個(gè)重要因素，也是大眾普遍關(guān)注的問題。
隨著動(dòng)力電池技術(shù)的進(jìn)步，新能源汽車的續(xù)航里程有了很大提升，續(xù)航焦慮問題日漸緩解。除了續(xù)航外，充電焦慮是新能源汽車需要面對(duì)的另一個(gè)問題，充電效率的高低直接影響到用車體驗(yàn)。
縮短充電時(shí)間是提升新能源汽車品牌力和使用體驗(yàn)的關(guān)鍵之一。有分析認(rèn)為，隨著新能源汽車滲透率的快速提升，車企的競爭更加深化和多元，快充技術(shù)的進(jìn)步、補(bǔ)能效率的提升也成為新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈的下一個(gè)風(fēng)口。
2022年，一些新能源車型開始重視快充性能，小鵬G9、理想L9紛紛配套大功率充電，蔚來ES7搭載了400V的高壓快充技術(shù)。另外，主流電池公司也正在推動(dòng)充電倍率從1C-2C向4C升級(jí)。寧德時(shí)代最新發(fā)布的麒麟電池，據(jù)介紹，可支持5分鐘熱啟動(dòng)及10分鐘快充至80%。比亞迪最新海豹車型搭載新一代刀片快充電池，充電15分鐘，可行駛300公里。欣旺達(dá)的超級(jí)快充電池充電10分鐘續(xù)航可達(dá)到400公里，計(jì)劃今年年底量產(chǎn)。廣汽集團(tuán)的石墨烯基超級(jí)快充電池可在8分鐘充滿80%。
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1、什么是快充？
新能源汽車充電分為交流慢充和直流快充，要想實(shí)現(xiàn)“快充”需依賴直流快充，決定充電速率的指標(biāo)是充電功率。行業(yè)對(duì)大功率充電沒有明確規(guī)定，屬于較寬泛的行業(yè)術(shù)語，一般而言，125kW以上的充電功率為大功率。
動(dòng)力電池快充就是運(yùn)用大功率充電，市場領(lǐng)先的動(dòng)力電池包已經(jīng)能夠支持2C充電倍率（充電倍率是充電快慢的一種量度，充電倍率=充電電流/電池額定容量）。通俗來講，1C充電可在60min將電池系統(tǒng)電量充滿，4C代表15min可將電量充滿。充放電倍率決定了電芯的脫嵌鋰反應(yīng)的速率，同時(shí)也會(huì)伴隨不同程度的產(chǎn)熱或析鋰，倍率越高析鋰和產(chǎn)熱越嚴(yán)重。
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2、負(fù)極是快充電池的決定因素
快充電池需要在電池材料上做出改變和升級(jí)，提升電池的快充性能類似木桶效應(yīng)，短板在負(fù)極，它是電池充電倍率的決定因素。
負(fù)極對(duì)快充的影響強(qiáng)于正極。多項(xiàng)研究表明，正極的降解和正極CEI膜的增長對(duì)傳統(tǒng)鋰離子電池的快充沒有影響。影響鋰沉積和沉積結(jié)構(gòu)（析鋰）的因素包括：①鋰離子在負(fù)極內(nèi)的擴(kuò)散速率；②負(fù)極界面處電解質(zhì)的濃度梯度；③電極/電解質(zhì)界面的副反應(yīng)。
3、快充類負(fù)極材料有哪些？
①石墨材料
石墨負(fù)極是目前鋰離子電池市場應(yīng)用最多的負(fù)極材料，但是石墨材料較慢的嵌鋰過程阻礙了鋰離子電池的快充應(yīng)用。石墨負(fù)極存在析鋰問題，會(huì)影響動(dòng)力電池的使用壽命，同時(shí)析出的鋰金屬會(huì)以枝晶的形式生長，容易刺穿隔膜，引發(fā)電池內(nèi)部短路，造成嚴(yán)重的安全問題。
針對(duì)石墨負(fù)極存在的問題，可以通過石墨改性、表面氧化、改善電解液潤濕性、改善SEI膜等策略提升石墨負(fù)極的快充性能。
②硅基材料
硅的電壓平臺(tái)比石墨高，充電時(shí)析鋰的可能性不大，安全性能上較石墨有很大優(yōu)勢。硅是地殼中豐度最高的元素之一，來源廣泛，價(jià)格便宜。但是在充放電過程中，硅的體積會(huì)膨脹100%-300%，體積的巨大變化會(huì)造成硅基負(fù)極材料的粉末化，嚴(yán)重影響電池壽命。
硅氧、硅碳負(fù)極材料通過納米化、線性化、殼核化、微孔化等策略進(jìn)行處理，具有優(yōu)良的高倍率性能，能夠滿足快充需要。
③硬碳材料
硬碳材料內(nèi)部為較大的層間距和隨機(jī)排列的晶體結(jié)構(gòu)，Li+在硬碳中的擴(kuò)散系數(shù)顯著高于石墨材料，適合作為快充和功率型電池的負(fù)極材料。硬碳材料具有很高的鋰插入潛力，材料中具有微孔，且與電解液兼容性好，因此反應(yīng)動(dòng)力學(xué)性能良好。硬碳材料有很多優(yōu)勢，比如高倍率、高安全、長壽命、耐低溫等。但是硬碳材料也存在成本高、能量密度低、首次效率低等問題。
硬碳作為快充材料，其電壓平臺(tái)利于Li+快速嵌入，不容易析鋰，安全性能好。硬碳材料可以采用表面修飾，減少副反應(yīng)，提升首效；同時(shí)進(jìn)行摻雜，提升能量密度。
④鈦酸鋰材料
鈦酸鋰是一種具有尖晶石結(jié)構(gòu)的復(fù)合氧化物，具有三維鋰離子擴(kuò)散通道，有利于Li+在其中快速遷移，離子擴(kuò)散系數(shù)比石墨高一個(gè)數(shù)量級(jí)，電化學(xué)反應(yīng)速度快，大大縮短了充電時(shí)間。比如珠海銀隆鈦酸鋰電池采用鈦酸鋰代替石墨作為負(fù)極，實(shí)現(xiàn)了電池快充和超長壽命。珠海銀隆的快充公交車已在各地普遍應(yīng)用。
⑤鋁基材料
中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院日前報(bào)道了最新的鋁基復(fù)合負(fù)極材料成果。鋁箔既是負(fù)極又是集流體，鋰離子運(yùn)動(dòng)到鋁箔負(fù)極表面，可以快速形成鋁鋰合金；在放電時(shí)，鋰離子可以輕松地從鋁鋰合金中脫出，具備快充的先天優(yōu)勢。據(jù)報(bào)道，該成果的電池產(chǎn)品20分鐘即可充滿電。如果將復(fù)合鋁箔作為快充負(fù)極，其在成本控制、規(guī)�；�(wěn)定制備等方面具有很大優(yōu)勢。
隨著鋰電技術(shù)的快速發(fā)展，電池的能量密度已經(jīng)得到了極大提升，同時(shí)動(dòng)力電池市場對(duì)于縮短充電時(shí)間的需求也在不斷增加，快充技術(shù)成為近年來鋰電技術(shù)發(fā)展的重要趨勢。隨著電池材料的不斷完善，快充或成為新能源汽車領(lǐng)域新的角逐地，未來快充技術(shù)的應(yīng)用也將更加廣泛。
參考來源：
1、新能源車下一必爭之地？快充電池催生材料升級(jí)需求這些公司走在前列.財(cái)聯(lián)社
2、電車2.0快充時(shí)代：補(bǔ)能提效，從電池材料、零部件看投資機(jī)會(huì).天風(fēng)證券
3、解決續(xù)航焦慮，快充會(huì)成為主流嗎？再談快充鋁負(fù)極.懂車帝
4、淺談快充類負(fù)極材料.頭條號(hào)·風(fēng)中浪者
5、新型鋁基復(fù)合負(fù)極材料讓電池抗凍又耐熱.科技日?qǐng)?bào)
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/文正）
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