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磷酸鐵鋰電池快充技術(shù),磷酸鐵鋰能快充嗎

來源:存能電氣  日期:2019-08-01 11:27  瀏覽量:

  磷酸鐵鋰電池快充技術(shù),磷酸鐵鋰能快充嗎?快充作為新能源汽車發(fā)展最為重要的技術(shù)路徑,其對于緩解續(xù)航里程焦慮、減少充電時(shí)間等效果顯著,因此也成為不少車企和電池企業(yè)的市場選擇??斐浼夹g(shù)的核心就是在不影響電芯壽命和安全性的前提下,通過化學(xué)體系的設(shè)計(jì),加速鋰離子在正負(fù)極移動(dòng)的速度,很多快充技術(shù)都是圍繞這一點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化。那么磷酸鐵鋰能快充嗎?磷酸鐵鋰電池快充技術(shù)是什么?

磷酸鐵鋰電池1.jpg

  磷酸鐵鋰電池快充技術(shù)

  快充和慢充是相對的概念。業(yè)界普遍認(rèn)為,電動(dòng)汽車快充是指充電電流大于1.6C的充電方式,也就是從0%充電到80%時(shí)間小于30分鐘的技術(shù)。如果我們把磷酸鐵鋰電池形象地比喻為一把搖椅,搖椅的兩端為電池的兩極,而鋰離子就像優(yōu)秀的運(yùn)動(dòng)健將,在搖椅的兩端來回奔跑。充電時(shí),電池的正極上有鋰離子生成,生成的鋰離子經(jīng)過電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu),它有很多微孔,以供到達(dá)負(fù)極的鋰離子嵌入。嵌入的鋰離子越多,充電容量越高。快充時(shí),鋰離子需要加速瞬時(shí)嵌入到負(fù)極。這對負(fù)極的快速接收鋰離子的能力挑戰(zhàn)很大。普通化學(xué)體系的電池在快充時(shí)負(fù)極會出現(xiàn)副產(chǎn)物,影響電芯的循環(huán)和穩(wěn)定性。

  所以,磷酸鐵鋰電池快充的技術(shù)的核心就是在不影響電芯壽命和可靠性的前提下,通過化學(xué)體系和設(shè)計(jì)優(yōu)化,加速鋰離子在正負(fù)極移動(dòng)的速度。鋰離子在正/負(fù)極的擴(kuò)散和移動(dòng),跟百米賽跑一樣。我們希望跑道要足夠的寬,不要相互擁擠。如何拓寬通道呢?

  為此,在負(fù)極石墨表面,CATL采用了“快離子環(huán)”技術(shù),相當(dāng)于在石墨表面打造一圈高速跑道,極大地加快鋰離子在石墨層的嵌入,修飾后的石墨兼顧超級快充和高能量密度的特性。

  磷酸鐵鋰能快充嗎?

  有人說磷酸鐵鋰不適合做快充,原因是其導(dǎo)電性不夠好,快充時(shí)易發(fā)熱。但這只是針對純相磷酸鐵鋰材料而言,其在經(jīng)過晶粒細(xì)化、表面碳包覆、晶胞元素?fù)诫s之后擁有良好的離子和電子遷移速率,適用于快速充電。而磷磷酸鐵鋰高安全性、高熱穩(wěn)定性及長循環(huán)壽命的特點(diǎn),讓他不失為快充的優(yōu)質(zhì)選擇。在專家看來,這個(gè)問題存在兩面性。從材料上看,磷酸鐵鋰材料的本征電導(dǎo)率比較低,僅為三元材料的百分之一,需要對磷酸鐵鋰材料進(jìn)行導(dǎo)電性優(yōu)化才能滿足快充的需求。

  專家表示,經(jīng)過CATL的改造,磷酸鐵鋰電池已經(jīng)不是“原來那個(gè)磷酸鐵鋰”,甚至比三元材料更好。在正極上,CATL開發(fā)了“超導(dǎo)電子網(wǎng)”技術(shù),使得磷酸鐵鋰具有優(yōu)異的電子導(dǎo)電性能,可達(dá)三元材料的1000倍。

  他指出,目前的磷酸鐵鋰快充電池的循環(huán)性能比不快充的要好,從原理上講,循環(huán)性能跟充電是不存在矛盾的。那為什么傳統(tǒng)電池一用快充循環(huán)就不好?那是因?yàn)閭鹘y(tǒng)電池并不是按快充設(shè)計(jì)的,快充的時(shí)候就會有副產(chǎn)物或者副反應(yīng),副反應(yīng)多了以后,循環(huán)自然變差。一旦解決了快充的動(dòng)力學(xué)問題,它的循環(huán)最起碼不會變差。與此同時(shí),快充電池不但動(dòng)力學(xué)高了,而且由于能量密度比非快充的低一點(diǎn),能量密度低了,電解液多了,循環(huán)變得更好就不足為怪了。實(shí)際上,他們目前開發(fā)的磷酸鐵鋰快充電池可以達(dá)到10000循環(huán)。

  在負(fù)極石墨表面,寧德時(shí)代采用了“快離子環(huán)”技術(shù)修飾,修飾后的石墨兼顧超級快充和高能量密度的特性,快充時(shí)負(fù)極不再出現(xiàn)副產(chǎn)物,所以大大提高鋰離子在石墨層的嵌入速度,使其具備4-5C快充能力,實(shí)現(xiàn)10-15分鐘快充充電,并能保證系統(tǒng)級別70wh/kg以上的能量密度,實(shí)現(xiàn)10000次的循環(huán)壽命。

  同樣作為國內(nèi)磷酸鐵鋰電池的代表企業(yè),深圳市沃特瑪電池有限公司是國內(nèi)最早成功研發(fā)新能源汽車動(dòng)力電池,并率先實(shí)現(xiàn)規(guī)?;a(chǎn)和批量應(yīng)用的國家高新技術(shù)企業(yè)。

  沃特瑪電芯研究所所長許輝在采訪中說出了沃特瑪快充上的獨(dú)門絕技。在正極上,沃特瑪使用的粒徑更小的磷酸鐵鋰,目前市場上普遍的磷酸鐵鋰粒徑在300~600nm之間,而沃特瑪只用100~300nm的磷酸鐵鋰,這樣鋰離子將擁有更快的遷移速度,能夠更大倍率的電流進(jìn)行充放電。

  而在負(fù)極端也是采用粒徑更小的人造石墨進(jìn)行碳包覆:小粒徑有利于鋰離子的脫離和嵌入;碳包覆能對電池的循環(huán)壽命進(jìn)行優(yōu)化改善,微孔的碳結(jié)構(gòu)有利于電解液的吸附和保液從而起到改善循環(huán)壽命的作用。

  每一個(gè)相同設(shè)計(jì)的磷酸鐵鋰電池,都存在著“健康充電區(qū)間”,而快充電池的化學(xué)體系是經(jīng)過特殊優(yōu)化的,其“健康充電區(qū)間”比慢充電池的大,所能承受的充電電流自然比慢充電池要大。電池有個(gè)有效容積,一般達(dá)到了95%就達(dá)到了有效容積。如果每次都讓電池充滿,電池會處于一個(gè)滿負(fù)荷的工作狀態(tài),長此以往電池會很疲憊。

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