“充電焦慮”和“路程焦慮”是純電動轎車大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化面對的一大妨礙。在近來舉行的2019世界新能源轎車大會上，一項名為“高比能快充鋰離子電池”的技能獲得了全球新能源轎車立異技能獎。
該技能突破了石墨體系不能快速充電的技能瓶頸，在堅持高能量密度、高安全性、長壽數(shù)等優(yōu)點基礎(chǔ)上，可在15分鐘內(nèi)完結(jié)100%充電，保證電動轎車300公里的續(xù)航路程。
這一技能的秘訣安在，怎么能夠在完結(jié)電動車快速充電的一起，也讓新能源用戶感受到相似手機一樣的“充電五分鐘，通話兩小時”的快捷？
現(xiàn)在業(yè)界的快充方法均有壞處
眾所周知，對于純電動轎車而言，電池體系的充放電功能是決議車輛實踐使用效果的重要目標。高能量密度和快速充電才能不僅是各動力電池廠商不斷盡力開發(fā)的技能方向，更是新能源技能的核心領(lǐng)域。
“鋰離子電池又被稱為搖椅電池。”寧德年代新能源科技股份有限公司(以下簡稱寧德年代)科研項目主管程曉燕告訴科技日報記者，搖椅的兩端為電池的兩極，鋰離子在搖椅的兩端來回奔跑。充電時，鋰離子從電池的正極經(jīng)過電解液移動到負極。作為負極的石墨呈層狀結(jié)構(gòu)，鋰離子經(jīng)過層間嵌入到石墨中,嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。
衡量電動車充電效率的一個關(guān)鍵目標是充放電倍率（C）。充放電倍率，能夠簡略理解為充、放電的速率。鋰離子電池的充放電倍率，決議了咱們能夠以多快的速度，將一定的能量存儲到電池里面，或者以多快的速度，將電池里面的能量釋放出來。例如，額定容量為100安時的電池用20安放電時，其放電倍率為0.2C，所用的容量1小時放電結(jié)束，稱為1C放電；5小時放電結(jié)束，則稱為0.2C放電。
業(yè)界遍及認為，電動轎車快充是指充電倍率大于1.6C的充電方法，也便是從0%充電到80%時刻小于30分鐘的技能。
望文生義，要縮短充電時刻，就要不斷進步充放電倍率。快充技能的核心，便是經(jīng)過化學體系和規(guī)劃優(yōu)化，加快鋰離子在正負極間移動的速度?？墒牵谘兄瓶斐浼寄苌毓饪紤]速度還不可。
快充時，鋰離子需求加快瞬時嵌入到負極。這對負極快速接收鋰離子的才能挑戰(zhàn)很大。一般化學體系的電池，在快充時負極會呈現(xiàn)析鋰等副產(chǎn)物，影響電芯的循環(huán)和穩(wěn)定性，只能選用可承受快充大電流的負極資料來做到快充。
程曉燕表明，現(xiàn)在業(yè)界為了完結(jié)快速充電，遍及選用鈦酸鋰和無定形碳作為負極活性資料，可是鈦酸鋰和無定形碳在實踐使用中均不可避免的存在能量密度嚴重不足、成本高的缺點，常規(guī)增加導電資料用量的規(guī)劃，也會影響電芯的能量密度。“近年來，部分廠商開端探索將石墨作為活性資料，但石墨在作為快充資料時面對的難題是，怎么讓鋰電子快速從正極釋放出來，再快速從負極進去。”
程曉燕解說說，石墨更像高速路，盡管能量密度更高，但鋰電子只能順序經(jīng)過。
也便是說，石墨并非天然生成適合于快充技能的原料。“但咱們用技能突破了原料本身瓶頸，它的殺手锏便是‘快離子環(huán)’和‘超電子網(wǎng)’。”程曉燕感嘆道。
快離子環(huán)和超電子網(wǎng)讓充電加快
“咱們以石墨作為負極主材，立異性運用孔道優(yōu)化和‘快離子環(huán)’技能，在石墨外表打造一圈高速通道，使鋰離子能快速嵌入石墨的任何方位，大大進步鋰離子在石墨負極的嵌入速度，而且，修飾后的石墨兼顧超級快充和高能量密度的特性，不會在快充時在負極會呈現(xiàn)副產(chǎn)物，影響電芯的循環(huán)和穩(wěn)定性。”程曉燕說。
此外，技能團隊開發(fā)了“超電子網(wǎng)”技能修飾正極資料，結(jié)合正負極極片的晶體取向和容量過量系數(shù)等規(guī)劃參數(shù)分配，優(yōu)化電解液、正負極的動力學功能，使化學體系和電池規(guī)劃參數(shù)到達最優(yōu)匹配。
“通俗來講，‘快離子環(huán)’和‘超電子網(wǎng)’分別作用于負極和正極，為很多鋰離子一起涌入負極樹立快速通道，進步鋰離子擴散速率。”程曉燕說。
此外，在機械件規(guī)劃方面，該團隊發(fā)明性地對電池單體頂蓋進行簡化規(guī)劃，將電極端子設(shè)置到頂蓋板側(cè)面并減小端子厚度，顯著降低內(nèi)阻，有效操控快充發(fā)熱量，保證快充可靠性的一起進步5%以上能量密度。
“咱們的快充技能具有4C—5C快充才能，完結(jié)10—15分鐘快速充電，與鈦酸鋰負極的快充體系比較，具有顯著的能量密度和成本優(yōu)勢，與行業(yè)界相同用石墨作負極的其他快充技能比較，堅持平等電池能量密度條件下，能進步20%—30%充電速度，并具有更好的循環(huán)和耐候功能。”程曉燕說。
已成功使用于5000多臺大巴
現(xiàn)在，寧德年代研制的以快充石墨為負極主材的超級鐵鋰快充電池，已經(jīng)使用在超越5000臺電動大巴上，大巴運轉(zhuǎn)狀況良好，得到整車企業(yè)和公交用戶的好評，該電池也被交通部評為“新能源公交最佳口碑電池”。
該電池除了能量密度有較大優(yōu)勢，在循環(huán)壽數(shù)方面，以使用工況較為嚴苛的公交車為例，平均每天滿充溢放次數(shù)約2次，粗算下來，滿意8年運營需求，電池循環(huán)需求5600次以上。超級鐵鋰電池電芯循環(huán)壽數(shù)則可達10000次，不僅能徹底滿意電動車運營需求，電動車退役后還可用于儲能等梯次使用，發(fā)明更多經(jīng)濟價值。
“為了保證快充電芯的安全可靠性，咱們還開發(fā)了專門的技能來識別化學體系在不同溫度和SOC狀況下的‘健康充電區(qū)間’, 然后在這個‘健康充電區(qū)間’范圍內(nèi)進行快充，就能夠既完結(jié)快速充電，又能夠不讓電池受到快充的危害，做到快充、長循環(huán)和安全可靠性兼顧。”程曉燕表明。
耐候性方面，為滿意北方冬天低溫充電和南邊夏天高溫工況的要求，技能團隊專門開發(fā)了高效熱辦理體系，保證電池處于合理的溫度區(qū)間。低溫時可快速為電芯加熱，溫度到達要求即可敞開快充模式；高溫時，體系會給電芯降溫，真實做到“全氣候”的快充。
“咱們正在開發(fā)單體能量密度大于160瓦時每千克的2C—2.5C高能量密度長壽數(shù)（循環(huán)大于6000次）快充鐵鋰電池，估計2019年年底量產(chǎn)。本技能一起向三元體系乘用車使用與開展，已完結(jié)350公里續(xù)航，15分鐘內(nèi)完結(jié)充電。”程曉燕說，公司還計劃在未來1—2年內(nèi)推出能量密度高達255瓦時每千克的三元動力電池產(chǎn)品，可在18分鐘內(nèi)完結(jié)快速充電。
該技能突破了石墨體系不能快速充電的技能瓶頸，在堅持高能量密度、高安全性、長壽數(shù)等優(yōu)點基礎(chǔ)上，可在15分鐘內(nèi)完結(jié)100%充電，保證電動轎車300公里的續(xù)航路程。
這一技能的秘訣安在，怎么能夠在完結(jié)電動車快速充電的一起，也讓新能源用戶感受到相似手機一樣的“充電五分鐘，通話兩小時”的快捷？
現(xiàn)在業(yè)界的快充方法均有壞處
眾所周知，對于純電動轎車而言，電池體系的充放電功能是決議車輛實踐使用效果的重要目標。高能量密度和快速充電才能不僅是各動力電池廠商不斷盡力開發(fā)的技能方向，更是新能源技能的核心領(lǐng)域。
“鋰離子電池又被稱為搖椅電池。”寧德年代新能源科技股份有限公司(以下簡稱寧德年代)科研項目主管程曉燕告訴科技日報記者，搖椅的兩端為電池的兩極，鋰離子在搖椅的兩端來回奔跑。充電時，鋰離子從電池的正極經(jīng)過電解液移動到負極。作為負極的石墨呈層狀結(jié)構(gòu)，鋰離子經(jīng)過層間嵌入到石墨中,嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。
衡量電動車充電效率的一個關(guān)鍵目標是充放電倍率（C）。充放電倍率，能夠簡略理解為充、放電的速率。鋰離子電池的充放電倍率，決議了咱們能夠以多快的速度，將一定的能量存儲到電池里面，或者以多快的速度，將電池里面的能量釋放出來。例如，額定容量為100安時的電池用20安放電時，其放電倍率為0.2C，所用的容量1小時放電結(jié)束，稱為1C放電；5小時放電結(jié)束，則稱為0.2C放電。
業(yè)界遍及認為，電動轎車快充是指充電倍率大于1.6C的充電方法，也便是從0%充電到80%時刻小于30分鐘的技能。
望文生義，要縮短充電時刻，就要不斷進步充放電倍率。快充技能的核心，便是經(jīng)過化學體系和規(guī)劃優(yōu)化，加快鋰離子在正負極間移動的速度?？墒牵谘兄瓶斐浼寄苌毓饪紤]速度還不可。
快充時，鋰離子需求加快瞬時嵌入到負極。這對負極快速接收鋰離子的才能挑戰(zhàn)很大。一般化學體系的電池，在快充時負極會呈現(xiàn)析鋰等副產(chǎn)物，影響電芯的循環(huán)和穩(wěn)定性，只能選用可承受快充大電流的負極資料來做到快充。
程曉燕表明，現(xiàn)在業(yè)界為了完結(jié)快速充電，遍及選用鈦酸鋰和無定形碳作為負極活性資料，可是鈦酸鋰和無定形碳在實踐使用中均不可避免的存在能量密度嚴重不足、成本高的缺點，常規(guī)增加導電資料用量的規(guī)劃，也會影響電芯的能量密度。“近年來，部分廠商開端探索將石墨作為活性資料，但石墨在作為快充資料時面對的難題是，怎么讓鋰電子快速從正極釋放出來，再快速從負極進去。”
程曉燕解說說，石墨更像高速路，盡管能量密度更高，但鋰電子只能順序經(jīng)過。
也便是說，石墨并非天然生成適合于快充技能的原料。“但咱們用技能突破了原料本身瓶頸，它的殺手锏便是‘快離子環(huán)’和‘超電子網(wǎng)’。”程曉燕感嘆道。
快離子環(huán)和超電子網(wǎng)讓充電加快
“咱們以石墨作為負極主材，立異性運用孔道優(yōu)化和‘快離子環(huán)’技能，在石墨外表打造一圈高速通道，使鋰離子能快速嵌入石墨的任何方位，大大進步鋰離子在石墨負極的嵌入速度，而且，修飾后的石墨兼顧超級快充和高能量密度的特性，不會在快充時在負極會呈現(xiàn)副產(chǎn)物，影響電芯的循環(huán)和穩(wěn)定性。”程曉燕說。
此外，技能團隊開發(fā)了“超電子網(wǎng)”技能修飾正極資料，結(jié)合正負極極片的晶體取向和容量過量系數(shù)等規(guī)劃參數(shù)分配，優(yōu)化電解液、正負極的動力學功能，使化學體系和電池規(guī)劃參數(shù)到達最優(yōu)匹配。
“通俗來講，‘快離子環(huán)’和‘超電子網(wǎng)’分別作用于負極和正極，為很多鋰離子一起涌入負極樹立快速通道，進步鋰離子擴散速率。”程曉燕說。
此外，在機械件規(guī)劃方面，該團隊發(fā)明性地對電池單體頂蓋進行簡化規(guī)劃，將電極端子設(shè)置到頂蓋板側(cè)面并減小端子厚度，顯著降低內(nèi)阻，有效操控快充發(fā)熱量，保證快充可靠性的一起進步5%以上能量密度。
“咱們的快充技能具有4C—5C快充才能，完結(jié)10—15分鐘快速充電，與鈦酸鋰負極的快充體系比較，具有顯著的能量密度和成本優(yōu)勢，與行業(yè)界相同用石墨作負極的其他快充技能比較，堅持平等電池能量密度條件下，能進步20%—30%充電速度，并具有更好的循環(huán)和耐候功能。”程曉燕說。
已成功使用于5000多臺大巴
現(xiàn)在，寧德年代研制的以快充石墨為負極主材的超級鐵鋰快充電池，已經(jīng)使用在超越5000臺電動大巴上，大巴運轉(zhuǎn)狀況良好，得到整車企業(yè)和公交用戶的好評，該電池也被交通部評為“新能源公交最佳口碑電池”。
該電池除了能量密度有較大優(yōu)勢，在循環(huán)壽數(shù)方面，以使用工況較為嚴苛的公交車為例，平均每天滿充溢放次數(shù)約2次，粗算下來，滿意8年運營需求，電池循環(huán)需求5600次以上。超級鐵鋰電池電芯循環(huán)壽數(shù)則可達10000次，不僅能徹底滿意電動車運營需求，電動車退役后還可用于儲能等梯次使用，發(fā)明更多經(jīng)濟價值。
“為了保證快充電芯的安全可靠性，咱們還開發(fā)了專門的技能來識別化學體系在不同溫度和SOC狀況下的‘健康充電區(qū)間’, 然后在這個‘健康充電區(qū)間’范圍內(nèi)進行快充，就能夠既完結(jié)快速充電，又能夠不讓電池受到快充的危害，做到快充、長循環(huán)和安全可靠性兼顧。”程曉燕表明。
耐候性方面，為滿意北方冬天低溫充電和南邊夏天高溫工況的要求，技能團隊專門開發(fā)了高效熱辦理體系，保證電池處于合理的溫度區(qū)間。低溫時可快速為電芯加熱，溫度到達要求即可敞開快充模式；高溫時，體系會給電芯降溫，真實做到“全氣候”的快充。
“咱們正在開發(fā)單體能量密度大于160瓦時每千克的2C—2.5C高能量密度長壽數(shù)（循環(huán)大于6000次）快充鐵鋰電池，估計2019年年底量產(chǎn)。本技能一起向三元體系乘用車使用與開展，已完結(jié)350公里續(xù)航，15分鐘內(nèi)完結(jié)充電。”程曉燕說，公司還計劃在未來1—2年內(nèi)推出能量密度高達255瓦時每千克的三元動力電池產(chǎn)品，可在18分鐘內(nèi)完結(jié)快速充電。
