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析锂问题严重阻碍锂电池快充技术发展

更新时间:2016-11-07 20:07:15 点击: 编辑:锂辉电池
析锂问题严重阻碍锂电池快充技术发展-锂辉电池

    锂辉电池工程师们从锂电池原理方面来阐述一下为什么锂电池不适合快充?锂电池的快充问题需要从两个层次进行分析,从电芯层面而言,锂电池的倍率性能一方面受到正极/负极/电解液等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。

 
  但是从最本征的载流子传导与输运行为而言,锂电并不适合发展快充技术。锂电池体系的本征载流子传导与输运行为取决于正极和负极材料的电导与锂离子扩散系数以及电解液的电导率这几个主要因素。基于嵌入式反应机理,锂离子在正极材料和负极石墨负极材料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低两个数量级。锂电池的负极表面有一层SEI膜,实际上锂电池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电池并不适合大电流快速充电。 锂辉电池工程师们的研究结果已经证实,长时间大电流快充和快放模式下单体锂电池的循环寿命将大幅下降,造成正负极材料结构被破坏,负极析锂现象,并且在使用后期锂电池性能显著衰减。
 
  而对于锂电池组(PACK)的层面则情况将更加复杂,在充电过程中不同单体锂电池的充电电压和充电电流并不一致,必然造成锂电池的充电时间要超过单体锂电池。这就意味着虽然采用常规充电技术能在30分钟内将单体锂电池充电至容量的一半,但锂电池组(PACK)的充电时间肯定会超过单体充电时间,这在一定程度上意味着快速充电技术的优势并不是十分明显。
 
 
析锂问题严重阻碍锂电池快充技术发展-锂辉电池

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