新能源汽車如果想真正實現與傳統汽油車體驗接近，縮短充電時間、提高續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研發的“超導電子網”和“快離子環”技術雙劍合璧，開發出來磷酸鐵鋰快充電芯成組后擁有4C的高倍率快充，15分鐘內可完成純電動客車100%充電。

近日，王升威發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副產物，影響電芯的循環和穩定性。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部，基本上就不會有問題。因此，CATL開發了“快離子環”技術，在石墨表面與內部打造高速公路網，使鋰離子能快速嵌入石墨的任何位置。

“既可以實現鋰離子密度的，又可以快充，這像修環城高速來緩解交通擁堵，‘快離子環’石墨就是這個機理，我們在手機上已經有數億的出貨量了，可靠性已經得到了驗證。”王升威如是介紹。

磷酸鐵鋰適不適合快充？

業內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電性優化才能滿足快充的需求。

王升威表示，經過CATL的改造，磷酸鐵鋰已經不是“原來那個磷酸鐵鋰”，甚至比三元材料更好。在正極上，CATL開發了“超導電子網”技術，使得磷酸鐵鋰具有優異的電子導電性能，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性能比不快充的要好，從原理上講，循環性能跟充電是不存在矛盾的。那為什么傳統電池一用快充循環就不好？那是因為傳統電池并不是按快充設計的，快充的時候就會有副產物或者副反應，副反應多了以后，循環自然變差。一旦解決了快充的動力學問題，它的循環最起碼不會變差。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，循環變得更好就不足為怪了。實際上，他們目前開發的磷酸鐵鋰快充電池可以達到10000循環。

保障“健康充電區間內”的快充

“CATL經過多年研究，我們認為健康的充電區間是與充電的不可逆反應速度有關的，這個對于固定化學體系來說，它會受溫度和電壓的影響，不可逆反應的速度決定了電池在循環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的速度，在這個”健康充電區間“范圍內進行快充，就可以既實現快速充電，又可以不讓電池受到快充的損害，做到快充和長循環兼顧。”

在低溫情況下，CATL提出了兩種電池保護，一是分溫度區間充電，低溫下慢充，在電池的“健康充電區間”內充電，更好地保護電池。二是利用水熱系統，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，溫度越高反應越劇烈。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，副反應少而且速度慢。另外還有水冷控制溫度，避免高溫情況出現。

高能量密度電池快充領先國際

在“更長的續航里程”方面，CATL的技術規劃是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劃。在“更短的充電時間”方面，CATL已經在開發能量密度190Wh/kg15分鐘滿充的快充電池，該電池預計在2018年具有批量生產能力，其主要應用領域為乘用車。

“對于小車高能量密度快充電池方面，我們有技術儲備優勢，國內電池企業有機會領先于日韓。”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次充電應該是夠了。我們這一款高能量快沖電池的循環預計在3000次以上，應該能滿足乘用車應用的需求。”