对于锂离子电池纯电动汽车,充电难目前仍然是个很大的问题,因而“快充”也成了很多厂家的噱头。笔者个人认为,锂电的快充问题需要从两个层次进行分析。
从电芯层面而言,锂离子电池的倍率性能一方面受到正极/电解液/负极电极材料搭配体系本征传输特性的制约,另一方面极片工艺和电芯结构设计也对倍率性能有较大影响。但是从*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主要因素。
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,从而严重影响动力电池使用寿命。
因此,嵌入式反应的本质特征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。