【新能源熱點(diǎn)】客觀分析鋰離子電池的快充問題
對于鋰離子電池純電動汽車,充電難目前仍然是個很大的問題,因而“快充”也成了很多廠家的噱頭。筆者個人認(rèn)為,鋰電的快充問題需要從兩個層次進(jìn)行分析。
從電芯層面而言,鋰離子電池的倍率性能一方面受到正極/電解液/負(fù)極電極材料搭配體系本征傳輸特性的制約,另一方面極片工藝和電芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也對倍率性能有較大影響。但是從*本征的載流子傳導(dǎo)與輸運(yùn)行為而言,鋰電并不適合“快充”。鋰電體系的本征載流子傳導(dǎo)與輸運(yùn)行為取決于正負(fù)極材料的電導(dǎo)與鋰離子擴(kuò)散系數(shù)以及有機(jī)電解液的電導(dǎo)率這幾個主要因素。
基于嵌入式反應(yīng)機(jī)理,鋰離子在正極材料(一維離子通道的橄欖石,二維通道的層狀材料和三維通道的尖晶石正極材料)和負(fù)極石墨負(fù)極材料(層狀結(jié)構(gòu))中的擴(kuò)散系數(shù)普遍比水系二次電池中的異相氧化還原反應(yīng)的速率常數(shù)低數(shù)個數(shù)量級。而且,有機(jī)電解液的離子電導(dǎo)率比水系二次電池電解液(強(qiáng)酸或者強(qiáng)堿)低兩個數(shù)量級。
鋰電的負(fù)極表面有一層SEI膜,實(shí)際上鋰電的倍率性能很大程度上受到鋰離子在SEI膜中擴(kuò)散的控制。由于有機(jī)電解液中粉末電極的極化相對水系要嚴(yán)重得多,在高倍率或者低溫條件下負(fù)極表面容易析鋰而帶來嚴(yán)重的安 全隱患。另外,在大倍率充電條件下,正極材料的晶格容易受到破壞,負(fù)極石墨片層同樣也可能受到損害,這些因素都將加速容量的衰減,從而嚴(yán)重影響動力電池使用壽命。
因此,嵌入式反應(yīng)的本質(zhì)特征決定了鋰離子電池并不適合高倍率充電。研究結(jié)果已經(jīng)證實(shí),快充快放模式下單體電池的循環(huán)壽命將大幅下降,并且在使用后期電池性能顯著衰減。