鉅大LARGE | 點擊量：2202次 | 2021年04月16日
現今的電動汽車到底能不能快充？快充會不會影響電池
新能源汽車主是指采用非常規的車用燃料作為動力來源的汽車，目前市面上最常見的是純電動汽車和混合動力汽車。與普通汽車要內燃機相同，電動汽車要動力鋰電池供應前進的能量，目前動力鋰電池中最重要的類型是鋰離子蓄電池。
遵循科學規律，不要盲目、先把安全可靠的技術發展起來，在十月十七日至十八日北京舉辦的我國宜春2018全球鋰電產業鏈高峰論壇上，來自學界業界的人士，紛紛就鋰離子電池發展安全性的問題，如是呼吁。
鋰離子電池（Li-ionBattery）由鋰離子電池（LithiumBattery）發展而來。鋰離子電池在人們的生活中由來已久，比如紐扣電池就屬于鋰離子電池。鋰離子電池的正極材料是二氧化錳或亞硫酰氯，負極是金屬鋰。電池組裝完成后電池即有電壓，不再充電。鋰離子電池一般禁止充電，因為其充電放電過程中容易形成鋰枝晶，造成電池內部短路。
1992年，日本索尼公司發明了以炭材料為負極，以含鋰化合物作正極的電池，在充放電過程中，只有鋰離子，沒有金屬鋰存在，也就是現在的鋰離子電池。此后，日本索尼能源開發公司和加拿大Moli能源公司分別研制成功了新型的鋰離子蓄電池（以下簡稱鋰離子電池）。目前鋰離子電池已廣泛用于各類手持式電子產品和電動汽車上。
關于鋰離子電池來說，性能好壞表現在兩個指標上：一個是充放電倍率，代表了電池的充電速度；一個是能量密度，決定了一輛車能續航多少公里。然而，對這兩項指標的盲目追求，很大程度上犧牲的是安全系數。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
快速充電技術目前還沒有出路
這些著火的事件，至少有60%是在充電或充電剛剛結束的時候出的事，說明充電出了大問題。國家863電動汽車重大專項動力鋰電池測試中心主任王子冬表示。
鋰離子電池在充電過程中，鋰離子在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌，正極負極不發生氧化反應。但是王子冬提出，現在充電的方法和使用過程充電都是用的氧化還原反應，不是鋰離子電池遵循自身規律應該有的充電方法。此前王子冬團隊的實驗結果顯示，使用現在的充電方法，大概能使電池壽命降低30%。因此在這樣的情況下，王子冬認為不應當考慮用大電流充電。
鋰離子電池的充放電倍率是指單位額定容量內的充放電電流，例如額定容量為100Ah的電池用20A充放電時，其充放電倍率就為0.2C。一般鋰離子電池充電電流設定在0.2C至1C之間，電流越大，充電越快，但同時電池發熱現象也越嚴重。目前純電動汽車的充電容量都是慢充化的，基本在0.3C到0.5C之間。另一方面，用過大的電流充電會造成容量不夠滿，這是因為電池內部的電化學反應要時間。和倒啤酒的相同，倒太快會出現泡沫，反而倒不滿。
北京大學新能源材料與技術實驗室主任其魯介紹，今天的多元正極金屬復合氧化物電池要實現8分鐘充電，理論上大概要用10C的倍率才能做到，這個能量不可想象。
這些技術瓶頸實際上并不是新問題，其魯是我國鋰離子電池研究領域的先鋒人物之一，曾擔任2008年奧運會清潔能源電動汽車用動力鋰電池項目的首席科學家，早在北京奧運會時期，他們就針對各類問題做過各種實驗。當時三元材料電池已經可以在5分鐘內完成充電。在實驗里，三元鋰離子電池在快速充電的過程中，熱量不能迅速釋放，使得爆炸的可能性大大新增。考慮到安全問題，其魯表示這種技術不能用到純電動汽車上，只能用在電池混合動力車。
此外，動力鋰電池的快充還面對著一個非常現實的問題城市的電力基本設施無法滿足個需求。假設一輛公交車用的是150kWh的電池，要5分鐘來充電，一輛公交車就要100kW供電能力，假如同時有幾百輛上千輛公交車一起充電，會對電網造成很大的沖擊。
今天的城市電網根本做不到這一點。其魯表示。
目前，王子冬的團隊正研究充電過程中根據電池特性調整充電方法，改了不同的充電方法后，普通標準充電法充500次的電池壽命，在新方法下可以做到充電1000次，有效減緩了電池的衰減。所以王子冬表示，即便有很多瓶頸，鋰離子電池一定會有特別適合自己的充電方法。
其魯認為，現階段最合適的是以車位為單位接線充電，兩三個小時、五六個小時、甚至一個晚上，這是充電技術完全可以做到。通過先把安全可靠的充電方式發展起來，來推動電動汽車的穩步、安全、健康發展。
能量密度與安全性是一對矛盾
2018年二月，財政部、工信部等四部委聯合公布《有關調整完善新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知》，取消了對續駛里程150公里以下純電動汽車的補貼，對續駛里程超過300公里的純電動汽車補貼則增至3.4萬元，超過400公里的車型補貼增至5萬元。
美國加州大學戴維斯分校我國交通能源中心主任王云石分析，這意味著純電動汽車在達到與汽油車類似的續駛里程后，續駛里程越長越好。新政策可能希望通過對動力鋰電池系統能量密度的要求，來推進動力鋰電池的發展。
鋰離子電池的能量密度（Wh/kg）是指單位重量的電池能儲存的能量多少，重要由電池的材料特性決定。按普通鉛酸電池的能量密度約為40Wh/kg計算，假如使用鉛酸電池驅動家用汽車行駛200公里以上，則要將近1噸的電池。因此把電池重量控制在一定范圍的前提下，電池的能量密度越大，汽車的續航里程就越長。
能量密度數值理應是越高越好，但電池是能量高度集中的小型裝置，當更小體積里聚集更多能量時，假如使用不當，比如溫度升高或突然遇到劇烈碰撞，其出現的后果甚至可以和炸彈相提并論。
根據新能源研究院真鋰研究公布的最新數據，2018年六月份之后，120Wh/kg的電池包的裝機量占比達到了約95%，而一年前的六月該比重僅為7.3%。也就是說國內電池系統能量密度的進步數以驚人的速度遠遠超過了海外。
2017-2018.8我國電動汽車乘用車產量中不同能量密度電池包的裝機占比來源：真鋰研究
盡管在高能量密度電池包的裝機數量有了極大提升，但如何平衡能量密度與安全性的問題尚未得到解決。
在今天，能量密度毫無疑問和電池安全性成反比，我們還沒有解決好這個問題。其魯表示。
目前我國國內量產的鋰離子電池，理論電芯能量密度在300到400Wh。在這個上限尚無突破辦法的情況下，可以通過減磨隔膜的方式，擴大材料空間，從而提高能量密度。隔膜的用途是使電池的正、負極分隔開來，防止兩極接觸而短路，并讓電解質離子通過。
這是最簡單，也是最危險的辦法。王子冬表示。
王子冬介紹，此前他的研究團隊了解過三星Note7的著火事件，檢查發現三星Note7的電池使用的隔膜約在45微米到46微米左右厚，在使用同質材料的情況下，有些動力鋰電池制造廠商甚至在考慮用10微米、8微米厚的隔膜，在他看來這樣的想法很膽大。
由于電池制造過程當中防止不了掉顆粒的現象，實際隔膜都會帶些細微的工傷，在材料沒有突破的前提下，超薄的隔膜、可燃的電解液、加上暗流涌動的枝晶，若在這一環節鋌而走險便會埋下爆炸隱患。
在沒有掌握住鋰離子電池的著火規律前，把控能量密度、安全性和壽命的平衡關系，是我們不能忽視的問題。王子冬說。
實際上，能量密度與安全性這一魚與熊掌的問題，不僅困擾著我國的鋰離子電池技術發展，同樣也困擾著業內領先的韓國和日本。來自德意志證券韓國公司的分析師SeunghoonHan表示，目前沒有哪家公司敢說其技術路線是完全確定的，但每個公司都認為他們的電池是最安全的。鑒于其他很多行業都通過標準化和規范化，引導解決了很多安全問題，如今鋰離子電池行業發展面對的這些安全問題，或許也可以要標準化來解決。而這些發展瓶頸期的問題，并不影響快充技術和提高能量密度依然是未來的技術發展方向。
只有將安全指標標準化、規范化之后，技術發展才會更容易確定什么是更安全的，什么是不安全的。Han表示。
另一方面，高能量密度意味著要高密度的材料，高密度的材料將會決定儲存電能的大小。當一種材料能做到的厚度達到安全極限卻還低于人們期望的時候，很多人將目光轉向尋求新的材料。王子冬認為，假如沒有材料上突破，突破高能量密度這一問題，將會在瓶頸期會停滯很長的時間，10年或50年都有可能。
而關于最近很火的石墨烯、納米材料等，其魯卻并不看好。他表示，包括此前使用的硫酸亞鐵鋰在內，這些材料實際上都是低密度材料，而三元材料多元材料等密度則高很多，未來甚至還能將密度做得更高。
從材料角度看，石墨烯導電性能好，但由材料推導到電池再推導到電動汽車上，概念能相同嗎？其魯說，納米材料在這個領域當中不會有什么具體應用。
不管是快充還是高能量密度，其魯認為一定要戒驕戒躁、保持警惕，尤其對類似固態鋰離子電池這類能保證能量密度、使用又安全的技術，在沒有很好電導率的電解質材料出現之前，對這類電池的產業化不應抱有太多期望。
