對于鋰離子電池純電動(dòng)汽車(chē),充電難目前仍然是個(gè)很大的問(wèn)題,因而“快充”也成了很多廠(chǎng)家的噱頭。筆者個(gè)人認為,鋰電的快充問(wèn)題需要從兩個(gè)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構設計也對倍率性能有較大影響。但是從*本征的載流子傳導與輸運行為而言,鋰電并不適合“快充”。鋰電體系的本征載流子傳導與輸運行為取決于正負極材料的電導與鋰離子擴散系數以及有機電解液的電導率這幾個(gè)主要因素。
基于嵌入式反應機理,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)和負極石墨負極材料(層狀結構)中的擴散系數普遍比水系二次電池中的異相氧化還原反應的速率常數低數個(gè)數量級。而且,有機電解液的離子電導率比水系二次電池電解液(強酸或者強堿)低兩個(gè)數量級。
鋰電的負極表面有一層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膜中擴散的控制。由于有機電解液中粉末電極的極化相對水系要嚴重得多,在高倍率或者低溫條件下負極表面容易析鋰而帶來(lái)嚴重的安 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,從而嚴重影響動(dòng)力電池使用壽命。
因此,嵌入式反應的本質(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(zhù)衰減。