中國粉體網訊 續航和充電問題是制約新能源汽車發展的兩個重要因素，也是大眾普遍關注的問題。
隨著動力電池技術的進步，新能源汽車的續航里程有了很大提升，續航焦慮問題日漸緩解。除了續航外，充電焦慮是新能源汽車需要面對的另一個問題，充電效率的高低直接影響到用車體驗。
縮短充電時間是提升新能源汽車品牌力和使用體驗的關鍵之一。有分析認為，隨著新能源汽車滲透率的快速提升，車企的競爭更加深化和多元，快充技術的進步、補能效率的提升也成為新能源汽車產業鏈的下一個風口。
2022年，一些新能源車型開始重視快充性能，小鵬G9、理想L9紛紛配套大功率充電，蔚來ES7搭載了400V的高壓快充技術。另外，主流電池公司也正在推動充電倍率從1C-2C向4C升級。寧德時代最新發布的麒麟電池，據介紹，可支持5分鐘熱啟動及10分鐘快充至80%。比亞迪最新海豹車型搭載新一代刀片快充電池，充電15分鐘，可行駛300公里。欣旺達的超級快充電池充電10分鐘續航可達到400公里，計劃今年年底量產。廣汽集團的石墨烯基超級快充電池可在8分鐘充滿80%。
圖片來源：pixabay
1、什么是快充？
新能源汽車充電分為交流慢充和直流快充，要想實現“快充”需依賴直流快充，決定充電速率的指標是充電功率。行業對大功率充電沒有明確規定，屬于較寬泛的行業術語，一般而言，125kW以上的充電功率為大功率。
動力電池快充就是運用大功率充電，市場領先的動力電池包已經能夠支持2C充電倍率（充電倍率是充電快慢的一種量度，充電倍率=充電電流/電池額定容量）。通俗來講，1C充電可在60min將電池系統電量充滿，4C代表15min可將電量充滿。充放電倍率決定了電芯的脫嵌鋰反應的速率，同時也會伴隨不同程度的產熱或析鋰，倍率越高析鋰和產熱越嚴重。
圖片來源：pixabay
2、負極是快充電池的決定因素
快充電池需要在電池材料上做出改變和升級，提升電池的快充性能類似木桶效應，短板在負極，它是電池充電倍率的決定因素。
負極對快充的影響強于正極。多項研究表明，正極的降解和正極CEI膜的增長對傳統鋰離子電池的快充沒有影響。影響鋰沉積和沉積結構（析鋰）的因素包括：①鋰離子在負極內的擴散速率；②負極界面處電解質的濃度梯度；③電極/電解質界面的副反應。
3、快充類負極材料有哪些？
①石墨材料
石墨負極是目前鋰離子電池市場應用最多的負極材料，但是石墨材料較慢的嵌鋰過程阻礙了鋰離子電池的快充應用。石墨負極存在析鋰問題，會影響動力電池的使用壽命，同時析出的鋰金屬會以枝晶的形式生長，容易刺穿隔膜，引發電池內部短路，造成嚴重的安全問題。
針對石墨負極存在的問題，可以通過石墨改性、表面氧化、改善電解液潤濕性、改善SEI膜等策略提升石墨負極的快充性能。
②硅基材料
硅的電壓平臺比石墨高，充電時析鋰的可能性不大，安全性能上較石墨有很大優勢。硅是地殼中豐度最高的元素之一，來源廣泛，價格便宜。但是在充放電過程中，硅的體積會膨脹100%-300%，體積的巨大變化會造成硅基負極材料的粉末化，嚴重影響電池壽命。
硅氧、硅碳負極材料通過納米化、線性化、殼核化、微孔化等策略進行處理，具有優良的高倍率性能，能夠滿足快充需要。
③硬碳材料
硬碳材料內部為較大的層間距和隨機排列的晶體結構，Li+在硬碳中的擴散系數顯著高于石墨材料，適合作為快充和功率型電池的負極材料。硬碳材料具有很高的鋰插入潛力，材料中具有微孔，且與電解液兼容性好，因此反應動力學性能良好。硬碳材料有很多優勢，比如高倍率、高安全、長壽命、耐低溫等。但是硬碳材料也存在成本高、能量密度低、首次效率低等問題。
硬碳作為快充材料，其電壓平臺利于Li+快速嵌入，不容易析鋰，安全性能好。硬碳材料可以采用表面修飾，減少副反應，提升首效；同時進行摻雜，提升能量密度。
④鈦酸鋰材料
鈦酸鋰是一種具有尖晶石結構的復合氧化物，具有三維鋰離子擴散通道，有利于Li+在其中快速遷移，離子擴散系數比石墨高一個數量級，電化學反應速度快，大大縮短了充電時間。比如珠海銀隆鈦酸鋰電池采用鈦酸鋰代替石墨作為負極，實現了電池快充和超長壽命。珠海銀隆的快充公交車已在各地普遍應用。
⑤鋁基材料
中國科學院深圳先進技術研究院日前報道了最新的鋁基復合負極材料成果。鋁箔既是負極又是集流體，鋰離子運動到鋁箔負極表面，可以快速形成鋁鋰合金；在放電時，鋰離子可以輕松地從鋁鋰合金中脫出，具備快充的先天優勢。據報道，該成果的電池產品20分鐘即可充滿電。如果將復合鋁箔作為快充負極，其在成本控制、規模化穩定制備等方面具有很大優勢。
隨著鋰電技術的快速發展，電池的能量密度已經得到了極大提升，同時動力電池市場對于縮短充電時間的需求也在不斷增加，快充技術成為近年來鋰電技術發展的重要趨勢。隨著電池材料的不斷完善，快充或成為新能源汽車領域新的角逐地，未來快充技術的應用也將更加廣泛。
參考來源：
1、新能源車下一必爭之地？快充電池催生材料升級需求這些公司走在前列.財聯社
2、電車2.0快充時代：補能提效，從電池材料、零部件看投資機會.天風證券
3、解決續航焦慮，快充會成為主流嗎？再談快充鋁負極.懂車帝
4、淺談快充類負極材料.頭條號·風中浪者
5、新型鋁基復合負極材料讓電池抗凍又耐熱.科技日報
（中國粉體網編輯整理/文正）
注：圖片非商業用途，存在侵權告知刪除！
