快充，對電池各部分的要求

關(guān)于電池來說，假如要提升功率性能，要在電池整體的各個環(huán)節(jié)中都下功夫，重要包括正極、負(fù)極、電解液、隔膜和結(jié)構(gòu)設(shè)計等。

正極

實(shí)際上，各種正極材料幾乎都可以用來制造快充型電池，重要要保證的性能包括電導(dǎo)(減少內(nèi)阻)、擴(kuò)散(保證反應(yīng)動力學(xué))、壽命(不要解釋)、安全(不要解釋)、適當(dāng)?shù)募庸ば阅?比表面積不可太大，減少副反應(yīng)，為安全服務(wù))。

當(dāng)然，關(guān)于每種具體材料要解決的問題可能有所差異，但是我們一般常見的正極材料都可以通過一系列的優(yōu)化來滿足這些要求，但是不同材料也有所差別：

A、磷酸鐵鋰可能更側(cè)重于解決電導(dǎo)、低溫方面的問題。進(jìn)行碳包覆，適度納米化(注意，是適度，絕對不是越細(xì)越好的簡單邏輯)，在顆粒表面處理形成離子導(dǎo)體都是最為典型的策略。

B、三元材料本身電導(dǎo)已經(jīng)比較好，但是其反應(yīng)活性太高，因此三元材料少有進(jìn)行納米化的工作(納米化可不是什么萬金油式的材料性能提升的解藥，尤其是在電池領(lǐng)域中有時還有好多反用途)，更多在重視安全性和抑制(與電解液的)副反應(yīng)，畢竟目前三元材料的一大命門就在于安全，近來的電池安全事故頻發(fā)也對此方面提出了更高的要求。

C、錳酸鋰是則關(guān)于壽命更為看重，目前市面上也有不少錳酸鋰系的快充電池。

負(fù)極

鋰離子電池充電的時候，鋰向負(fù)極遷移。而快充大電流帶來的過高電位會導(dǎo)致負(fù)極電位更負(fù)，此時負(fù)極迅速接納鋰的壓力會變大，生成鋰枝晶的傾向會變大，因此快充時負(fù)極不僅要滿足鋰擴(kuò)散的動力學(xué)要求，更要解決鋰枝晶生成傾向加劇帶來的安全性問題，所以快充電芯實(shí)際上重要的技術(shù)難點(diǎn)為鋰離子在負(fù)極的嵌入。

A、目前市場上占有統(tǒng)治地位的負(fù)極材料仍然是石墨(占市場份額的90%左右)，根本原因無他便宜，以及石墨綜合的加工性能、能量密度方面都比較優(yōu)秀，缺點(diǎn)相對較少。石墨負(fù)極當(dāng)然也有問題，其表面關(guān)于電解液較為敏感，鋰的嵌入反應(yīng)帶有強(qiáng)的方向性，因此進(jìn)行石墨表面處理，提高其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，促進(jìn)鋰離子在基上的擴(kuò)散是重要要努力的方向。

B、硬碳和軟碳類材料近年來也有不少的發(fā)展：硬碳材料嵌鋰電位高，材料中有微孔因此反應(yīng)動力學(xué)性能良好；而軟碳材料與電解液相容性好，MCMB材料也很有代表性，只是硬軟碳材料普遍效率偏低，成本較高(而且想像石墨相同便宜恐怕從工業(yè)角度上看希望不大)，因此目前用量遠(yuǎn)不及石墨，更多用在一些特種電池上。

C、鈦酸鋰如何？簡單說一下：鈦酸鋰的優(yōu)點(diǎn)是功率密度高，較安全，缺點(diǎn)也明顯，能量密度很低，按Wh計算成本很高。因此關(guān)于鈦酸鋰離子電池的觀點(diǎn)是一種有用的在特定場合下有優(yōu)勢的技術(shù)，但是關(guān)于很多對成本、續(xù)航里程要求較高的場合并不太適用。

隔膜

關(guān)于功率型電池，大電流工作對其安全、壽命上供應(yīng)了更高的要求。隔膜涂層技術(shù)是繞不開的，陶瓷涂層隔膜因?yàn)槠涓甙踩⒖梢韵碾娊庖褐须s質(zhì)等特性正在迅速推開，尤其關(guān)于三元電池安全性的提升效果格外顯著。

陶瓷隔膜目前重要使用的體系是把氧化鋁顆粒涂布在傳統(tǒng)隔膜表面，比較新穎的做法是將固態(tài)電解質(zhì)纖維涂在隔膜上，這樣的隔膜的內(nèi)阻更低，纖維關(guān)于隔膜的力學(xué)支撐效果更優(yōu)，而且在服役過程中其堵塞隔膜孔的傾向更低。

涂層以后的隔膜，穩(wěn)定性好，即使溫度比較高，也不容易收縮變形導(dǎo)致短路，清華大學(xué)材料學(xué)院南策文院士課題組技術(shù)支持的江蘇清陶能源公司在此方面就有一些代表性的工作。

電解液

電解液關(guān)于快充鋰離子電池的性能影響很大。要保證電池在快充大電流下的穩(wěn)定和安全性，此時電解液要滿足以下幾個特性：A)不能分解，B)導(dǎo)電率要高，C)對正負(fù)極材料是惰性的，不能反應(yīng)或溶解。

假如要達(dá)到這幾個要求，關(guān)鍵要用到添加劑和功能電解質(zhì)。比如三元快充電池的安全受其影響很大，必須向其中加入各種抗高溫類、阻燃類、防過充電類的添加劑保護(hù)，才能一定程度上提高其安全性。而鈦酸鋰離子電池的老大難問題，高溫脹氣，也得靠高溫功能型電解液改善。