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                        快充電池危害有哪些又有什么可以改善的方法?

                        快充技術會導致電池的電極粉化破碎,電極的粉化和破碎是鋰離子電池常見的現象,在NCM、NCA和Si負極中我們都觀察到這一現象,電極的粉化和破碎導致的活性物質損失是鋰離子電池衰降的常見機理。作者根據從微觀到宏觀的尺度變化,將粉化和破碎現象分為以下幾類:1)活性物質顆粒內部的裂紋;2)活性物質顆粒與導電劑、粘結劑分離;3)電極與集流體之間的剝離。

                        導致電極粉化和破碎的原因主要是快充導致的電池內部的Li濃度的變化,在快充的過程中由于脫Li和嵌Li速度較快,因此會在正極和負極內部都會產生較為顯著的Li濃度梯度,從而導致鋰離子電池內部的應力分布不均,進而導致了活性物質顆粒的破碎,電極的剝離等現象,引起活性物質的損失。

                        如何改善電池的快充電池性能

                        正負極活性物質的選擇

                        傳統的鋰離子電池以石墨為負極活性物質,石墨的嵌鋰電位與金屬Li接近,因此在大電流充電的過程中非常容易出現析鋰的問題,有研究表明在石墨負極表面包覆一層1%的Al2O3能夠將石墨負極在4000mA/g的大電流密度下的容量提升到337.1mAh/g。此外,Li4Ti5O12材料雖然容量較低,但是其快充性能非常優異,并且具有非常好的循環穩定性,同時其較高的電位也讓負極析鋰的風險幾乎不存在,非常適合作為快充鋰離子電池的負極材料。

                        除了負極材料的選擇,負極/電解液界面的改造也是提升鋰離子電池快充性能的有效方法,石墨表面包覆無定形碳、金屬包覆和摻雜(如Cu和Sn)等都是改善石墨負極快充性能的有效方法。同時石墨材料的晶體結構也會對其倍率性能產生顯著的影響,研究表明中間相的軟碳的快充性能要明顯好于中間相石墨和硬碳材料。

                        電極結構設計

                        除了材料的選擇之外,如何進行電極設計也對電池的快充性能有顯著的影響,例如研究表明提升電極的孔隙率能夠有效的提升電池的快充性能,同時提高N/P比也能夠有效的減少負極析鋰的風險,提升電池的倍率性能。

                        電池結構設計

                        除了電極的結構設計,鋰離子電池的結構設計也對鋰離子電池的快充性能有顯著的影響,極耳的位置、材料、結構和焊接方式的選擇都會影響電池內部電流的分布,同時電池的形狀也會影響電池內部溫度的分布,進而影響鋰離子電池內部電流的分布,不均勻的電流分布更容易引起電池極化增加,導致局部析鋰,從而影響電池快充性能。

                        電池組的設計

                        雖然對于鋰離子電池快充性能的研究比較多,但是對于電池組快充性能的研究仍然比較少,有研究顯示日產聆風電動汽車的電池組在2C倍率充電時,衰降速度要遠遠快于采用同樣充電速度的單體電池,研究顯示這主要是電池組內部的單體電池之間的積累的偏差導致的,因此電池組快充性能的提升不但需要高性能的單體電池,還對電池組的充電管理和熱管理系統提出了非常高的要求。

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