EN

CN/EN

/
/
/
锂离子电池不能快充的原因是什么?
锂离子电池不能快充的原因是什么?
  • 发布时间:2020-09-10 17:29

锂离子电池不能快充的原因是什么?

详情

从最本征的载流子传导与输运行为而言,锂电并不适合快充。锂电体系的本征载流子传导与输运行为取决于正负极材料的电导与锂离子扩散系数以及有机电解液的电导率这几个重要因素。基于嵌入式反应机理,锂离子在正极材料(一维离子通道的橄榄石,二维通道的层状材料和三维通道的尖晶石正极材料)和负极石墨负极材料(层状结构)中的扩散系数普遍比水系二次电池中的异相氧化还原反应的速率常数低数个数量级。


而且,有机电解液的离子电导率比水系二次电池电解液(强酸或者强碱)低两个数量级。锂电的负极表面有一层SEI膜,实际上锂电的倍率性能很大程度上受到锂离子在SEI膜中扩散的控制。由于有机电解液中粉末电极的极化相对水系要严重得多,在高倍率或者低温条件下负极表面容易析锂而带来严重的安全隐患。


另外,在大倍率充电条件下,正极材料的晶格容易受到破坏,负极石墨片层同样也可能受到损害,这些因素都将加速容量的衰减,从而严重影响动力锂电池使用寿命。因此,嵌入式反应的本质特点决定了锂离子电池并不适合高倍率充电。研究结果已经证实,快充快放模式下单体电池的循环寿命将大幅下降,并且在使用后期电池性能显著衰减。


当然了有读者可能会说,钛酸锂(LTO)电池不是可以大倍率充放电吗?


钛酸锂的倍率性能可以从其晶体结构和离子扩散系数得到解释。但是,钛酸锂离子电池的能量密度很低,其功率型用途是依靠牺牲能量密度取得的,这就导致了钛酸锂离子电池单位能量($/Wh)成本很高,低性价比决定了钛酸锂离子电池不可能成为锂电发展的主流。事实上,日本东芝SCiB电池这几年低迷的销售态势已经说明了问题。


在电芯层面,可以从极片工艺和电芯结构设计角度来改善倍率性能,比如将电极做得比较薄或者新增导电剂比例等措施都是常用的技术手段。更加有甚者,甚至有厂家采用取消电芯中的热敏电阻并且加厚集流体这样的极端办法。而事实上,国内很多动力锂电池公司都将其LFP动力锂电池在30C甚至50C的高倍率数据作为技术亮点。


笔者这里要指出的是,作为测试手段无可厚非,但是电芯内部到底发生了什么变化才是关键。长时间高倍率充放,也许正负极材料结构已经被破坏,负极早已析锂,这些问题要使用一些原位(In-Situ)的检测手段(比如SEM,XRD和中子衍射等)才能搞清楚。很遗憾的是,这些原位检测手段在国内电池公司几乎没有应用的报道。


笔者这里还要提醒读者注意锂电充电和放电过程的差别,与充电过程不同的是,锂电在较高的倍率下放电(对外做功)对电池造成的损害并没有快充那么严重,这点跟其它水系二次电池类似。但是对电动汽车的实际使用而言,高倍率充电(快充)的需求无疑要比大电流放电更加迫切。


上升到电池组的层面则情况将更加复杂,在充电过程中不同单体电池的充电电压和充电电流并不一致,必然造成动力锂电池的充电时间要超过单体电池。这就意味着虽然采用常规充电技术也能在30分钟内将单体电池充电至容量的一半,但电池组肯定会超过这一时间,这在一定程度上意味着快速充电技术的优势并不是十分明显。


另外,在锂离子电池的使用(放电)过程中,其容量的消耗与放电时间并不是线性关系而是随时间加速下降。比如某款电动汽车满电的行驶里程为200公里,那当它正常行驶100公里后,动力锂电池可能还剩下80%的容量,当电池容量剩下50%时,电动汽车也许就只能够行驶50公里了。


搜索
搜索

地址:广东省深圳市龙岗区平湖街道上木古社区新河路77号5楼

邮箱:info@xtar.cc

电话:(+86) 755-25507076

(周一至周五: 9:00-18:00)

传真:(+86) 755-25507076

Copyright © 2019 深圳市爱克斯达电子有限公司   备案号:粤ICP备09125997号

网站建设:中企动力 龙岗