新能源汽車如果想真正實現(xiàn)與傳統(tǒng)汽油車體驗接近，縮短充電時間、提高續(xù)航里程和充電的便利性是不可回避的話題。寧德時代新能源科技股份有限公司(CATL)快充項目負責人王升威博士表示，CATL研發(fā)的“超導(dǎo)電子網(wǎng)”和“快離子環(huán)”技術(shù)雙劍合璧，開發(fā)出來磷酸鐵鋰快充電芯成組后擁有4C的高倍率快充，15分鐘內(nèi)可完成純電動客車100%充電。

近日，王升威發(fā)表演講解析快充型鋰離子電池的原理、特點，并介紹了CATL的維護方案和快充型鋰離子電池進展。

從原理上講，電池快充的瓶頸在負極，普通化學體系在快充時在負極會出現(xiàn)副產(chǎn)物，影響電芯的循環(huán)和穩(wěn)定性。一旦鋰離子被阻塞在負極是非常危險的，但只要鋰離子進入石墨內(nèi)部，基本上就不會有問題。因此，CATL開發(fā)了“快離子環(huán)”技術(shù)，在石墨表面與內(nèi)部打造高速公路網(wǎng)，使鋰離子能快速嵌入石墨的任何位置。

“既可以實現(xiàn)鋰離子密度的，又可以快充，這像修環(huán)城高速來緩解交通擁堵，‘快離子環(huán)’石墨就是這個機理，我們在手機上已經(jīng)有數(shù)億的出貨量了，可靠性已經(jīng)得到了驗證。”王升威如是介紹。

磷酸鐵鋰適不適合快充？

業(yè)內(nèi)有人認為磷酸鐵鋰不適合快充，在王升威看來，這個問題存在兩面性。從材料上看，磷酸鐵鋰材料的本征電導(dǎo)率比較低，僅為三元材料的百分之一，需要對磷酸鐵鋰材料進行導(dǎo)電性優(yōu)化才能滿足快充的需求。

王升威表示，經(jīng)過CATL的改造，磷酸鐵鋰已經(jīng)不是“原來那個磷酸鐵鋰”，甚至比三元材料更好。在正極上，CATL開發(fā)了“超導(dǎo)電子網(wǎng)”技術(shù)，使得磷酸鐵鋰具有優(yōu)異的電子導(dǎo)電性能，可達三元材料的1000倍。

他指出，目前的磷酸鐵鋰快充電池的循環(huán)性能比不快充的要好，從原理上講，循環(huán)性能跟充電是不存在矛盾的。那為什么傳統(tǒng)電池一用快充循環(huán)就不好？那是因為傳統(tǒng)電池并不是按快充設(shè)計的，快充的時候就會有副產(chǎn)物或者副反應(yīng)，副反應(yīng)多了以后，循環(huán)自然變差。一旦解決了快充的動力學問題，它的循環(huán)最起碼不會變差。與此同時，快充電池不但動力學高了，而且由于能量密度比非快充的低一點，能量密度低了，電解液多了，循環(huán)變得更好就不足為怪了。實際上，他們目前開發(fā)的磷酸鐵鋰快充電池可以達到10000循環(huán)。

保障“健康充電區(qū)間內(nèi)”的快充

“CATL經(jīng)過多年研究，我們認為健康的充電區(qū)間是與充電的不可逆反應(yīng)速度有關(guān)的，這個對于固定化學體系來說，它會受溫度和電壓的影響，不可逆反應(yīng)的速度決定了電池在循環(huán)過程中的容量衰減和阻抗增加的速度，所以我們研究的重點在于怎么識別不可逆反應(yīng)的速度，在這個”健康充電區(qū)間“范圍內(nèi)進行快充，就可以既實現(xiàn)快速充電，又可以不讓電池受到快充的損害，做到快充和長循環(huán)兼顧。”

在低溫情況下，CATL提出了兩種電池保護，一是分溫度區(qū)間充電，低溫下慢充，在電池的“健康充電區(qū)間”內(nèi)充電，更好地保護電池。二是利用水熱系統(tǒng)，低溫下為電芯加熱，待電芯溫度達到要求，即可開啟快充模式，做到低溫下“健康的”快充。

同樣，電池也需要避免高溫的影響，因為它本身存在氧化還原反應(yīng)，溫度越高反應(yīng)越劇烈。對此，CATL的解決方案是采用3.65V的低電壓體系，正極氧化性弱，副反應(yīng)少而且速度慢。另外還有水冷控制溫度，避免高溫情況出現(xiàn)。

高能量密度電池快充領(lǐng)先國際

在“更長的續(xù)航里程”方面，CATL的技術(shù)規(guī)劃是2020年之前電池能量密度要做到300瓦時每公斤，2025年以后，有進一步提高能量密度的規(guī)劃。在“更短的充電時間”方面，CATL已經(jīng)在開發(fā)能量密度190Wh/kg15分鐘滿充的快充電池，該電池預(yù)計在2018年具有批量生產(chǎn)能力，其主要應(yīng)用領(lǐng)域為乘用車。

“對于小車高能量密度快充電池方面，我們有技術(shù)儲備優(yōu)勢，國內(nèi)電池企業(yè)有機會領(lǐng)先于日韓。”王升威表示，“單從充電速度這一方面，普通小車用的充電基本上都是1C以下的，充到80%接近50分鐘。我們的產(chǎn)品12分鐘就可以充80%，充電速度有一個鮮明的對比。即使對快充的重度用戶出租車來講，每天滿充兩次，一年要充700次，按照出租車4年左右的使用周期，2800次充電應(yīng)該是夠了。我們這一款高能量快沖電池的循環(huán)預(yù)計在3000次以上，應(yīng)該能滿足乘用車應(yīng)用的需求。”