布景简介

相比于传统的燃油车，里程焦虑、充电时间长等问题成为阻碍电动汽车发展的主要问题。因此，快速充电(Fast Charging)能力的提升成为电池厂商和整车厂普遍的发展方针。可是，研究表白低温、大倍率充电会引起电池的容量与输出功率等性能加速衰减；另一方面，电池在充电时代发生的大量热难以均匀、有效地散去，也会引起衰减加速以及其他平安问题。图1展示了从原子层级到车用系统层级下影响锂离子电池快速充电的因素。

图 1 分歧层级下影响锂离子电池快速充电的因素

对于终端用户充电的根基诉求：

1）充电要快

2）不要影响电芯寿命

3）尽量省钱，充机电放出来几多电，尽量都充到我的电池里。

什么是快充

所谓快充就是在很短的时间内给电池以最快的充电速度，将电池电量充至满电或者接近满电的充电方式，可是需要保证锂离子电池能够到达规定的循环寿命、相关平安性能以及电性能。

美国先进电池同盟（United States Advanced Battery Consortium, USABC）对快充动力电池提出了具体指标，要求在15 min 内布满电池总电量的 80%。对于要求里程为 400 km 的电动汽车而言，至少需要 320 kW 的充电功率为 100 kW·h 的电池包进行快速充电才 能满足 USABC 的标准要求。

电池快速充电的原理

理想的电池应表示出长寿命、高能量密度和高功率密度特性，以在任何地址任何温度下都能够快速充电和补电以从而满足电动汽车长间隔行驶的要求。可是，这些物理特性之间存存在trade-off关系，材料和设备的温度的影响决议了电池的使用阈值。温度下降时，充电速率和最大电压都应减小以确保平安性，这使得温度成为快充的关键限制因素。其中，随着温度下降，析锂的风险会明显增加。虽然很多研究者指出析锂常发生于温度低于25℃，但在高温尤其是充电倍率高、能量密度高时也轻易发生。此外，快充效率和温度关系也十分亲近，50kW的充电桩在25℃的充电效率为93%，但在-25℃的充电效率低至39%，这主要是由于BMS在低温下会限制额定功率。

常见的锂离子电池主要由石墨负极、锂金属氧化物正极、电解液、集流体、多孔隔膜组成。如图2所示，充电时Li+从正极经过电解液传输到负极，其中主要的传输路径有：1）经过固态电极；2）经过正负极的电极/电解质界面；3）经过电解液，包括Li+的溶剂化和去溶剂化。但电池的不妥使用条件往往会引起一系列影响性能和寿命的副反应。此外，充放电倍率，电池内阻和电池极化等城市影响电池的热特性，如增加产热，下降充电效率和平安性等。

图 2 锂离子传输示意图 a)充电，b)放电

大量研究表白正极的衰减和正极CEI膜的增长对传统锂离子系统的快充速度没有影响，因此负极成为充电进程中的主要关注对象。特定情况下，锂金属可能会延续析出成锂枝晶，甚至会刺穿隔膜造成内短路。影响锂沉积和沉积结构的因素包括锂离子在负极的分散速率，负极界面处的电解液浓度梯度，集流体的金属盐沉积和电极/电解质界面的副反应。研究表白，析锂时负极的表示可以归结于析锂一起头的电流对负极面密度内阻的影响。通过电池设计下降负极内阻，对进步电池的快充能力十分重要。此外，温度影响也十分重要，太低或太高的温度城市被以为对电池晦气，但快充时电池温度较高会有利于自身的平衡，尤其对于高比能量电池。电极厚度对充电性能的影响也需要被关注。薄电极常被以为可以进行理想的锂离子传输，当电极增厚时，在电极/电解质界面保证足够的锂离子浓度以维持过电位稳定并削减析锂的可能变得很重要。厚电极电池在快充进程中，锂盐可能会在集流体处沉积，致使电极操纵的不服衡以及隔膜负极的电流密度的增加。

衰减影响

4.1）温度影响

锂离子电池的产热可分为可逆和不成逆进程。其中不成产热Qirr的表达式如下：

U为开路电压,Vbat为电池电压,I为电流(充电时)。

大部分的不成逆热来自内阻产热：

其中R为电池内阻。焦耳热与电流的平方成正比，因此快充时电流增大，不成逆热会明显增加。

可逆热Qrev来源于电化学反应中的熵变，也被称为熵热，其表达式为：

锂离子电池中，软包、圆柱、方壳电池的热量散布与散失是不均匀散布的：例如一些电池材料的面导热能力较差，因此其热量相对于概况会更多堆集在焦点位置。此外，电流密度和产热速率在电池分歧位置也不相同。这些纷歧致性在大尺微暇电池上被进一步放大。如图3所示，圆柱电池内部中心的温度要明显高于概况。对于软包或方型电池而言，如图4和图5所示，极耳处的温度要明显高于其他位置。此外，由于正极铝集流体比负极铜集流体的电阻更大，正极极耳温度常高于负极极耳。

图3 圆柱电池内部温度和电流密度的散布仿真成果

图 4 软包电池在5C恒放逐电时的概况温度变化

软包电池在5C恒放逐电时的概况温度变化：t=250s的a)仿真成果和b)丈量成果；t=667s的 c)仿真成果和 d)丈量成果；e)内部温度的3D散布

图 5 LFP电池在a)1C、b)2C和c)5C时放电的温度散布图

产热的不均匀散布不但存在于电池单体中，电池包级别更需要留意热治理系统的设计，由于其对Pack内温度的散布有明显影响。随着时间推移，电池单体的分歧老化路径同样会对Pack的产热均一性造成很大影响，这是由于分歧电池内阻的增加幅度分歧。

锂离子电池中很多老化机理和温度相关。高温下，SEI膜在负极加速生长，变得加倍疏松和不稳定。低温下，离子分散和反应速率变慢，析锂和锂枝晶生长的可能性增加。高温下几近所有的老化反应城市加速；低温可以下降副反应速率但也会下降活性物质的分散，假如锂金属析出则会加速衰减。此外，低温极化增大会致使产热增加，下降能量效率。在大部分工况下，负极/电解质界面的SEI膜增长是主要的衰减机理。SEI膜会使电池内阻增加，功率下降，进而致使容量衰减。高温下(60˚C或更高温)SEI组分会溶解和分化，破坏负极庇护膜的完整性。在极端情况下，电池温度跨越平安阈值时，可能会引起热失控。

4.2）析锂影响

析锂指电解液中的锂离子在负极上沉积为锂金属的法拉第副反应，而非嵌入负极颗粒的进程。负极电位降到Li/Li+以下时，析锂便可能发生。析锂进程中，锂金属首先会形成液滴状以下降概况能，概况金属和电解液快速反应天生SEI膜。随着更多锂在SEI膜下沉积直至SEI膜破裂，锂概况又天生新的SEI膜，锂盐浓度逐渐下降，锂金属起头垂直于极片概况生长，形成锂枝晶。锂枝晶生长被以为是最坏的副反应之一，假如枝晶刺破隔膜到达正极，内短路会使电池快速产热。锂金属相比负极加倍活跃，进一步带来内部副反应，致使SEI增长，产气和电解液溶解等问题。

研究者们提出一些析锂观测的模子。包括Fuller，Doyle和Newman基于P2D模子的析锂模子，以及Arora，Doyle和White提出的可逆锂的嵌回进程。在此根本上，Perkins提出了面向控制的降阶模子；Hein和Latz提出了三维微观结构解析模子。Ren同时斟酌了可逆锂的重嵌以及不成逆锂(死锂)在电池充电进程的反应。

无损的析锂观测技术对于实际的电池应用很重要。一般可用于析锂表征的检测包括SEM，TEM，NMR和XRD等，但这些手段都需要对电池进行破坏或使用特殊电池构型。常用的无损析锂观测操纵电池的外部特性，包括老化速率，锂回嵌的电压平台，模子猜测等方式。如图6所示，基于老化特征的析锂检测手段包括(a)阿伦尼乌斯方程，(b)衰减进程的容量和阻抗变化分析，(c)非线性频域响应分析和(d)库伦效率分析。

图6 基于老化特征的析锂检测手段

部分析出的锂会重新嵌入负极，或在放电进程溶出。

充电竣事后的弛豫进程或紧接的放电进程会发生新的电压平台，如图7所示。电压微分(DVA)和容量微分(ICA)有助于寻找电压平台，但这些方式需要小倍率的放电，大电流会增大极化，覆盖电压曲线上的析锂信号。锂析出和重新嵌入的进程也可能会引起异常的产热峰值，作为析锂的信号之一。

电池厚度的增加也可能致使析锂，可是相关机理还需进一步研究。用电化学模子猜测析锂通常取决于充电条件。然而这些模子太过复杂并需要大量计较，其需要进一步简化以实现在线检测。少数方式可以在电池异常充电后实现定量化的原位析锂检测。作者以为基于异常电压平台的探测手段最有希望实现应用，但其间隔真正应用还有很高的知识和技术壁垒。

图7 基于锂回嵌的析锂检测

a)CC-CV充电和静置进程中的过电势变化模拟。

阶段I，负极颗粒上没有锂沉积；

阶段II，锂沉积起头发生；

阶段III，部分可逆的锂重新嵌入负极或溶出，剩余的酿成死锂；

阶段IV，平衡态，死锂不再介入后续循环；

b) 电压微分分析(DVA)；

c)微分容量分析(ICA)

4.3）机械影响

机械粉化是另一个快充致使的重要老化现象，并已经在多种电极材料(石墨、NMC、LCO、 NCA、Si等)中获得证实。按照标准可将机械衰减分为以下部分：电极颗粒内部的破裂、电极颗粒与导电炭和粘接剂的分手、活性材料与集流体的分手、电极分层。这些现象发生的主要原因是快充进程中的锂浓度的梯度散布造成组分间的应力不匹配。当能量开释速率或应力跨越一定值时，颗粒就会出现裂纹，同时陪伴着SEI/CEI膜的破裂。快充引发的一次颗粒间的应变不能相互匹配时，就会使得电极颗粒之间或颗粒与导电炭和粘接剂间失去接触。电极材料与集流体之间的应变不匹配也会造成活性物质脱落。高倍率会引发严重的电极板间电流密度散布不均匀，假如没有外部压力，电极板间便可能发生分层。

机械衰退对电池性能的影响可以分为活性材料损失(LAM)、活性锂损失(LLI)和阻抗增加。首先，裂纹会致使电接触变差；其次，裂纹会表露更多的新鲜概况与电解液反应，快充带来的高温会加速上述副反应。这些反应又加速了SEI的生长，加重阻抗增加、LAM和LLI等。最后，电解液的消耗会下降电极概况的润湿性，阻碍离子传输。相关的正反馈机制可以如下描写：大倍率电流致使裂纹形成；裂纹加重了电子与离子传输速率差别，由于离子可以通过电解液传输至裂纹处而电子不能，进而致使荷电态的不均匀，进一步加重裂纹发生。此外，关于颗粒尺微暇对快充进程的机械衰减影响、高倍率对二次颗粒破裂的影响、按照机械衰减限制优化快充策略等方面的研究，作者也做了简要先容。

总的来说，快充条件下的机械衰退还有很多问题需要研究。针对此问题的分歧实验发生了分歧的结论，在一些重要问题上的概念还存在争议，如充电倍率与裂纹发生速率的关系。机械衰退通常也很难与其它老化机理解耦。与SEI增长或析锂等老化机理相比，很少有模子研究了大电流下的机械效应，其中少少一部分模子获得了实验验证。模子参数和鸿沟条件简直定成为阻碍机械模子发展的主要问题。

多标准的快充性能设计

快充诱导的老化和老化模式受电池材料组分（电极材料和电解液的本征特性）、工况条件（高倍率充放电，极端电压和温度）、电池生产进程和Pack设计等多种因素的影响。多标准的设计和复合手段将有助于发展高性能的快充电池。

5.1 材料方面

在锂离子电池中，Li+的分散进程如图1所示，主要包括Li+从正极材料中脱出、Li+在电解液中迁移、Li+通过隔膜、Li+嵌入负极以及Li+在负极材料内部的分散。进步锂离子电池的快充性能需要在这几方面进行研究。如图8

图8 锂离子电池充放电模子图

电极材料选择合适的电解液和电极材料使其发挥出高比容量和高倍任性能一直是电池设计中极具挑战性的困难。一般地，负极材料内部的固相分散系数相对较小，限制了负极材料电池的大电流充放电能力，成为电极反应的控制步调。Li+在电场和浓度梯度的作用下由正极迁移、分散至负极，这其中履历了液相分散，电解液的浓度对于快充性能的提升也有明显的影响。隔膜的孔隙率决议了Li+迁移量，隔膜孔隙率小，则大电流充电轻易造成堵孔，隔膜的厚度决议Li+分散的间隔，隔膜越薄，其分散的间隔越小。

5.1.1 正极材料

正极材料引起的内阻在整个锂离子电池内阻中所占的比例最大，而锂离子电池的快充能力与电池内阻成反比，因此公道选择具有较低内阻的正极材料是实现电池快充的重要条件。通常以锂离子在正极材料中的分散系数（Dli+）为依据对正极材料的快充能力进行评估。如层状钴酸锂（LiCoO2, LCO）在众多层状氧化物正极材料中具有最佳的锂分散系数（Dli+ = 1 × 10−9 cm2 /S），因此 LCO 正极材料显示出超高的倍任性能，是快充电池理想的备选材料。可是 LCO 材料具有较低的容量发挥和居高的价格，致使该材料不适适用于兼具高能量密度和快充特性的电池开辟。镍钴锰三元过渡金属氧化物正极材料 ［LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2（NCM523），LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 （NCM622），LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（NCM811）］的锂离子分散系数要明显低于 LCO 正极材料的锂离子分散系数。然而，可以通对正极材料改性处置来进步材料的锂离子分散系数。

正极材料的结构对材料的电化学性能也有重要的影响。层状三元过渡金属氧化物正极材料作为现今正极材料的重要选择。过渡金属元素位于八面体中心，其中氧原子位于八面体的 6 个极点。这些八面体结构 相互交叉组成层状材料的插锂主体，锂离子在组成的两层插锂主体间嵌入脱出。锂离子只能在八面体所在的面间嵌入脱出，即锂离子只能沿着移动进行嵌入脱出。因此制备具有更多面作为概况的材料将能有效地进步三元正极材料锂离子的嵌入脱出速度，从而进步正极材料的快速充电性能。

磷酸铁锂材料的本征电导率较三元材料低，仅为三元材料的十分之一左右，因此要对磷酸铁锂材料进行导电性优化才能满足快充的需求。可以采用对磷酸铁锂正极纳米化、概况碳包覆、离子搀杂等方式来改良材料的电化学性能， 实现快速充电需求。

5.1.2 负极材料

当前已有很多研究致力于发展无枝晶的快充负极材料，如碳基材料、金属氧化物复合材料和合金等已经取得一定水平的成功。传统的石墨负极电位很是接近锂的氧化还原电位，可以使电池表示较高的能量密度，但同时增加析锂的可能性（石墨的层状结构使得Li+必须从石墨的端头嵌入，继而分散至颗粒内部，增长了分散路径。小的层间距使得Li+的分散速率较低，在进行大倍率充电时，Li+轻易在石墨概况沉积形成大量锂枝晶）。因此改良负极材料成为进步锂离子电池性能的重要途径之一。

今朝常用概况包覆改性来改良材料的性能。软硬碳的层间距比石墨稍大，有利于锂离子的分散，通常石墨表层包覆软硬碳改良石墨的电化学性能，即通过概况修饰作用，在石墨概况形成无定形结构的碳层，增加了锂离子通道，改良锂离子分散，提升其倍任性能。在设计快充型锂离子电池时，通常采用小颗粒以及软硬碳包覆的负极材料（提升负极脱嵌锂速度）。

改良负极材料的另一种方式是加速锂离子在负极材料中的分散速度。比力有效的方式是制备具有多通道石墨负极材料，确保电解液能够充实浸润负极材料，而且缩短锂离子传输旅程，到达进步锂离子分散速度的目标。

此外，LTO由于不会析锂且不会形成SEI膜，被以为有望用于开辟长寿命的超级快充电池。另一方面，LTO的电位较高，作为负极材料会下降全电池的电压，限制电池的能量密度。一些金属氧化物和合金材料也具有较好的能量和功率特性，但受限于严重的体积变化、粉化和团圆等现象，其循环稳定性通常较差。

其它类石墨烯的二维材料具有高的概况积/质量比和怪异的物理化学特性，缩短了离子传输路径，加速电子传输和增加锂离子活性位点，被以为是有潜力的负极材料。这些材料主要包括过渡金属氧化物、过渡金属硫化物、金属碳化物和氮化物。其中钛和铌基的氧化物电化学窗口通常在1.0-1.6V之间，与当前的商业电解液匹配，很是合适用于负极材料。最近Goodenough课题组提出了高倍率负极材料TiNb2O7具有与石墨媲美的理论比容量，并能实现快速的锂离子脱嵌和长循环寿命，有望取代LTO成为新的负极材料。在纳米标准上设计合适的电极结构也能实现高功率和能量密度，如2D中空结构、core-shell结构、yolk-core结构等。将2D材料集成到宏观的3D结构内也可以增强材料的电子和离子在电极的传输。金属锂是最能进步电池能量密度的负极材料之一，但受限于纯金属锂箔的低比概况积，其功任性能较差。将锂金属引入3D结构框架以加速离子分散速率，可以明显改良其倍任性能。除了负极材料的选择、改性和纳米结构设计外，电极/电解质界面也会极大影响负极材料的性能。通过优化负极/电解质界面例如无定形碳包覆石墨形成均匀SEI膜，选择合适的锂盐和共溶剂等方式也可以抑制锂枝晶的生长。材料的选择与改性无疑是未来研究的重点。

硅碳负极材料能够进步电芯的能量密度，然而硅碳负极材料在快充进程中易于发生颗粒的破裂而影响电芯的循环寿命。硅碳负极由于硅在充电进程中的膨胀，将致使电极中导电剂与硅碳主材之间的导电网络变差，进而影响材料的倍任性能。为了满足硅碳电池快充的要求，需要对硅碳负极电池在导电剂方面进行优化。常用导电 剂依照导电网络接触划分可以分为点接触和线接触。传统的点接触导电剂 SP 炭黑只能通过增加导电剂数量进步硅碳负极材料倍任性能，但这将会下降电池能量密度而且进步电池本钱。线接触的碳纳米管在不增加导电剂用量的条件下，可以借助其线性 结构上风，改良硅碳负极在膨胀进程中的导电剂与负极主材接触欠安的缺点。硅碳负极中掺入碳纳米管导电剂后有效进步了电池的容量也使电池倍任性 能大幅提升。

5.1.3 电解液

电解液对于快充锂离子电池的性能影响很大。要保证电池在快充大电流下的稳定和平安性，此时电解液要满足以下几个特性：A)不能分化，B)导电率要高，C)对正负极材料是惰性的，不能反应或溶解。假如要到达这几个要求，关键要用到添加剂和功能电解质。比如三元快充电池的平安受其影响很大，必须向其中加入各类抗高温类、阻燃类、防过充电类的添加剂庇护，才能一定水平上进步其平安性。而钛酸锂电池的老浩劫问题，高温胀气，也得靠高温功能型电解液改良。电解液需要与电芯体系相适应才能实现设计要求，因此电解液配方的设计和研究必须围绕分歧的电芯体系展开。

高浓度电解液表示出优异的倍任性能。有实验研究在三甲基磷酸(TMP)溶剂中制备了5mol/L锂双(氟磺酰)亚胺(LiFSI)组成的磷酸盐基电解液，其与石墨负极材料具有杰出的相容性，且形成了稳定的富LiF的SEI层，有效阻碍锂金属电池中锂枝晶的生长。还有实验研究在传统碳酸乙烯酯基电解液中添加丙腈或丁腈助溶剂，其明显增强了电解液的电导率，并极大地促进了电池在低温(－20℃)的大倍率充电能力，这意味着电池可以在低温下实现快充。为了更好地实现快充，应选择具有高浓度、高电导率以及低粘度的电解液（减小电池极化以及内阻，增大锂离子的迁移速度）。

5.1.4 隔膜

隔膜在锂离子电池中同样饰演重要的脚色，隔膜的作用主要体现在以下三方面：一是绝缘作用以避免正负电极间的直接接触；二是贮存电解液作用提供足 够的孔隙，保证电解液在这些孔隙贮存；三是提供锂离子传输孔道，确保锂离子在充放电进程中能够快 速通过隔膜。因此隔膜影响锂电池的电化学性能和平安性能。锂离子透过隔膜的速度影响电池的快速充电性能，因此公道地开辟设计电池隔膜能够进步快充电池的性能。

隔膜的质量决议了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的倍率、循环以及平安性能等特性。为确保隔膜具有电子绝缘性、低电阻、高离子电导率、耐电解液腐蚀、高浸润性等性能，在选用隔膜时主要考查隔膜的厚度、孔隙率、透气率、浸润度、孔径、穿刺强度和热稳定性等指标。其中隔膜的厚度、孔隙率和透心胸对锂离子电池快充影响较大。厚度薄，孔隙率大，透心胸高时，锂离子从正极传输到负极的阻碍就小，充电进程中的极化作用就小。隔膜的厚度和孔隙率影响着锂离子电池的充电性能。在设计快充电池时，一般选择薄的和高孔隙率的隔膜。（减小锂离子传递的间隔以及增加锂离子通过的速度）

纳米氧化铝陶瓷涂覆隔膜可提升隔膜的热稳定性，改良隔膜机械强度，避免隔膜收缩致使的正负极大面积接触；能进步其耐刺穿能力，避免电池持久循环进程中发生锂枝晶刺穿隔膜引发短路，并能中和电解液中少量的HF，避免电池气胀；陶瓷涂层的孔隙率大于隔膜的孔隙率，有利于增强隔膜的保液性和浸润性。因此陶瓷涂覆隔膜较非陶瓷隔膜可以更薄，从而改良锂离子电池快充性能和循环寿命。陶瓷涂覆隔膜正在大量地应用于锂离子电池中，是 解决锂离子电池平安性等问题的一个重要手段，也是锂离子电池隔膜发展的一个偏向。

5.2 设计因素（电极设计）

电池单体和电池包设计除了材料选择及其微观结构设计，电极设计也对电池性能有重要影响。

锂离子电池的快充性能与电池的设计有亲近的关系，极片涂布量、压实密度、铜箔铝箔的厚度、极耳的尺微暇、极片的宽窄等均对电池的快充性能有很大的影响。电池面密度以及压实密度对电池的倍率、循环等性能影响比力明显，快充型锂离子电池需要低面密度设计，而压实密度太高或者太低均会致使其性能差，压实密度太高，极片活性物质被“压死”，致使其循环容量迅速跳水，而压实密度太低，致使其活性物质之间的接触不够，电池的阻抗较大，致使其快充性能较差。

有实验研究了分歧箔材厚度对于锂离子电池性能的影响，厚的箔材由于其导电性更好，电池的阻值、倍率等性能均优于薄箔材，可是由于其厚度增加，势必会致使电池能量密度的下降。对于极耳与箔材的原理一致，横截面积越大，其阻值越小，别的，电池极片的是非、宽度以及电池的巨细也会对电池的快充性能有一定的影响。（低涂布量、低压实密度对于锂离子电池的快充性能以及寿命均比力友好。）

进步孔隙率和负极厚度可以抑制析锂，但同时会下降能量密度。负极材料的多孔性对电池的快充性能有至关重要的影响作用，负极材料孔隙多有利于电解液渗透。孔隙多意味着电极极片材料的压实会小，致使电极片的电子导电性变差。因此公道设计电极孔隙对快充电池的性能有一定提升作用。同时电极的面密度也能对电池的快充性能发生重要的影响作用。设计具有快充特性电芯时，需要公道确定所用正负极片的孔隙率和面密度。上述事例中面密度的改变即是涂覆厚度的改变，电极孔隙率的改变即是电极压实密度的改变。压实密度相对低、涂覆厚度相对薄将有利于快充电池性能的进步。

负极与正极材料的容量比值(N/P)会明显影响锂沉积，商业锂离子电池中N/P常大于1，较高的N/P有助于减轻负极的机械应力，削减SEI形成和活性锂的损失。在NMC811/石墨电池中，N/P比会随着充电倍率的增加逐渐下降，这是由于石墨的面庞量比NCM811的面庞量随充电倍率的增加减小得更剧烈，N/P比在0.1C为1.15, 3C时为1.0, 4C时为0.5。研究表白，充电后的静置进程中，在负极主要区域析出的锂金属在浓度梯度的驱动下会分散到负极凸出的部分。随后的放电进程中，正极边沿处会相应接收更多的锂。继续充电，过剩的锂转移到正极边沿对应的负极和负极凸出区域。这会致使局部的锂浓度升高和电位下降的现象，增加了析锂的可能性。因此，负极凸出区域应该设计得尽量小以避免析锂。

5.3 结构设计因素

电池的几何参数也是影响快充能力的重要因素。电池的外形会影响电流密度和温度的散布，大尺微暇的电池更有可能造成温度和电流的不均匀散布。极耳的位置、材料、结构和焊接工艺对于电流密度的均匀散布、限制局部产热和延缓老化很是重要。

锂离子电池的内部结构按照其制作方式主要分为4种：普通结构、极耳中置结构、多极耳结构、叠片结构。普通结构正负极只有一个极耳，极耳位于极片的一端，通过卷绕的方式制作；极耳中置结构极耳位于极片的中部，一般通过激光清洗、间隔涂布、贴胶带等方式处置，电池的内阻较小，倍任性能较好；多极耳卷绕极片有多个极耳，极耳位置按照设计各有分歧，电池电阻更小，电池的倍任性能更好；叠片电池通过将极片裁切成特定的外形，通过正负极交替折叠制作，每层中都有一个极耳，叠片式电池的电极之间相当于是并联关系，卷绕式则相当于是串联，因此前者内阻要小的多，更适适用于功率型场所。

别的也可以在极耳数目上下功夫，解决内阻和散热问题。

总之，影响电池内部电荷移动和嵌入电极孔穴速率的因素，城市影响锂电池快速充电能力。

5.3.1 极耳中置结构

有实验研究了极耳位置对于锂离子电池性能的影响，极耳的位置对于锂离子电池内阻以及倍率有明显的影响，极耳处于正负极的中间时，电池的内阻以及倍任性能最好，其性能接近叠片工艺的电池。图9为极耳中置结构与正常结构的对照图，常规结构极耳位于极片的一端，极耳中置结构极耳位于电池极片的中部。

图9 极耳中置结构与正常结构对照

表1为两种结构的电池性能差别，同一型号采用极耳中置结构以及非极耳中置结构电池内阻、直流电阻(DCR)相差较大，常规结构内阻到达30mΩ，极耳中置结构内阻只有17mΩ；50%荷电态下常规结构的DCR为56.6mΩ，极耳中置结构为47.4mΩ。

表1 极耳中置结构与正常结构电池性能对照

在电池倍任性能方面，两者的小倍任性能差别不大，大倍率差别明显。其主要原因是极耳中置结构极耳在极片的中部，放电进程中电子从中间向两头分散，电流较小时，载体通过电子能力足够，而大倍率时，电子数目过量，通道阻塞，致使其大倍任性能差，同时极片也会产热，致使其循环性能差。

5.3.2 多极耳卷绕

图10为多极耳卷绕结构与常规极耳结构，多极耳卷绕技术在载体中切割出固定的极耳外形，卷绕完成之后再将载体焊接极耳引出，形成多极耳电池。多极耳卷绕由于其极耳更多，且散布更均匀，这种结构的电池倍任性能更好，充放电温升更小，适合大功率设备。

图10 常规极耳与多极耳卷绕结构

多极耳结构的上风有：进一步下降电池阻抗，进步电池大倍率充放电性能，支持5C~10C放电；有效下降电池高倍率放电下的温升，10C放电电池概况温升低于20℃；电池温度低，明显增加电池循环使用寿命。

表2为多极耳结构对照极耳中置结构的性能上风：多极耳卷绕电池的内阻比极耳中置电池小很多，其恒流充电容量占总容量的百分比也较大。

表 2 多极耳结构与极耳中置结构电池性能对照

5.3.3 叠片技术

相比多极耳卷绕，叠片电池每层都引出一个极耳，此种结构制作的电池快充性能是今朝各类结构中最高的。图11为叠片结构电池示意图。

图11 叠片结构电池示意图

今朝主流的极耳中置结构、多极耳卷绕、叠片技术都可以大幅度进步电池的快充水平以及循环寿命。

5.4 其他因素

5.4.1 导电网络的构建

通常采用导电性更好的材料作为导电剂添加剂，形成导电网络，这样能够进一步提升锂离子电池的快充性能。常见的导电剂有碳纳米管(CNT)、炭黑(SP)等。导电剂的加入量必须适当，过少可能不能修建成有效的导电网络，过量会下降电极中活性物质的含量，使能量密度下降。构建导电网络能够优化电极材料的电学性能，对实现快充锂电池具有现实意义。

5.4.2 粘结剂与涂炭载体的影响

粘结剂作为锂离子电池的辅料，在电池中的用量很是少，但其对于电池性能的影响很是大，其主要作用是改良电池的阻值，提升电池的性能以及寿命。通过采用分歧的合成方式以及调剂SBR的概况可以提升电解液对于SBR的浸润性，到达提升电池的低温以及倍任性能的目标。

通过对锂离子电池集流体进行导电涂层改性，集流体与锂离子电池的活性物质之间的粘结力大幅度提升，电池的阻抗明显减小，可以明显提升锂离子电池的大倍率充放电性能。别的，在实际使用进程中，改性载体的使用还可以改良极片头尾厚度差别大的问题，可以进一步提升锂离子电池的寿命。

此外，电池Pack性能和单体性能之间的关系还不是很明白。虽然已有很多关于电池单体的快充模子，但很少有研究尝试将其扩充到Pack设计上，这是由于Pack设计时需要斟酌更多的参数。快充电池Pack的设计今朝还存在很多问题：1）快充Pack需要电池单体的高性能及单体间的低纷歧致性；2）对电池的监控和平衡需要更多传感器和电路控制的先进BMS；3）需设计先进的热治理系统以维持平安温度，下降电池和Pack内的温度差别。

快速充电策略

虽然材料层级的很多解决方案都有不错的效果，但其商业化在近期实现还很困难。研究者将快充解决方案转移到电池和Pack层级，以在短期内可以实现应用。充电策略的设计是解决此问题的关键。

6.1）充电策略

6.1.1）标准充电

CCCV是今朝最常见的充电协议，即先恒流充电至截止电压（CC阶段），再恒压充至接近0的小电流（CV阶段）。恒压进程可以使电极材料内的离子浓度散布更均匀，对于材料发挥出高比容量至关重要；但恒压时的电流逐渐减小，使CV的充电时间明显比CC长。CC-CV充电模式的简单可操纵性使其成为最普遍应用的标准充电协议。可是很多其他重点策略可以削减充电时间、进步充电效率、进步容量/功率连结率。图12展示了几种常见的快充策略曲线。

图12 常见的快充策略曲线

a)恒流-恒压(CC-CV)；

b)恒功率-恒压(CP-CV)；

c)多阶段恒流-恒压(MCC-CV)；

d)脉冲充电；

e)CC-CV-CC-CV模式延续充电(Boostcharging)；

f)变电流充电(VCP)

6.1.2）多阶段恒流充电

很多研究提出调剂充电进程的电流可以减缓电池的老化同时削减充电时间。这些研究的目标经常是削减产热，避免析锂或者削减机械应力。MCC是最早用于快充的策略之一，它包括了两步或多步的恒流阶段，后陪伴着一个恒压阶段。由于起头充电的负极电位不轻易下降到析锂电位，因此早期的CC阶段电流较大。可是一些研究者采纳相反，即CC段电流逐渐增大的充电策略，这是由于电池内阻会逐渐下降。

6.1.3）脉冲充电

脉冲充电进程中，电流显现周期性的变化，以下降浓差极化，避免局部电位变负或下降因局部锂离子脱嵌造成的机械应力增加。

下面是脉冲充电曲线，主要包括三个阶段：预充、恒流充电和脉冲充电。如图13

图13 脉冲充电曲线

在脉冲充电进程中，电池电压下降速度会渐渐减慢，停充时间T0会变长，当恒流充电占空比低至5%～10%时，以为电池已经布满，终止充电。

与常规充电方式相比，脉冲充电能以较大的电流充电，在停充期电池的浓差极化和欧姆极化会被消除，使下一轮的充电加倍顺利地进行，充电速度快、温度的变化小、对电池寿命影响小，因而今朝被普遍使用。

但其缺点很明显：需要一个有限流功能的电源，这增加了脉冲充电方式的本钱。

6.1.4）增强充电

初始充电阶段用较大的均匀电流，随后减小电流进行CC-CV充电。充电第一阶段可以是CC阶段(整个充电策略同等于MCC-CV)，电池电压到达设置的最大电压后的CV阶段(CV-CC-CV)，或者一个完整的CC-CV阶段(CC-CV-CC-CV)。相比于CC-CV，此策略设置更高的电流和电压以下降总的充电时间。可是，相同的充电时间下，增强充电相比于CC-CV的容量衰减更快，脉冲充电则和CC-CV没有明显区别。一些研究者表白，CC-CV适合于大功率的电池快充，MCC常用于轻易析锂的充电场景。

6.1.5）变电流充电

为了到达快充目标，研究者提出了一系列更复杂的变电流充电曲线，包括VCD，UVP等。随着电池老化，电流曲线需要按照相同电压下内阻的变化而调剂。除老化因素外，电流在初始充电阶段总是很低，随即快速升高，这是由于0%SOC的电池内阻最大，之后迅速下降。最大电流常出现在较低SOC区，之后由于颗粒的嵌锂量增加，Li的传输受限等原因，电流逐渐减小。此外，充电进程中温度在电池和Pack内部的散布十分重要，但充电控制策略往往只将概况温度作为衰减主要因素斟酌。

Schindler将图14分歧充电策略连系对电池进行循环实验，并与CC-CV对照，研究电池在分歧循环下的容量衰减。成果表白，连系所有充电策略进行循环实验，电池在800次循环后连结80%的容量，在所有循环中表示最好；只有CC-CV循环的电池衰减到相同容量仅用了400次；而CC-CV和冷降额连系的循环下，电池仅循环了330次，表示最差。

图14 电流曲线：a) AC脉冲；b)冷降额；c)极化保存；d)脉冲充电

大大都快充策略只在标准温度和特定的电池构型中才有效。由于大电流会引起电极颗粒内部的更大机械应力，同时陪伴明显的电流和温度散布不均匀，因此快充用于分歧类型电池时需把稳。当前很多充电策略的普适性还缺乏进一步的实验验证。随着电动车在低温地域的推广，需要更多低温下的快充策略的研究。此外，决议电池性能的是其自己温度而非情况温度，电池温度在充电进程中的变化也需要斟酌。最后，Pack水平上分歧充电策略的影响还亟待研究。

6.2）基于模子的策略优化

6.2.1）基于ECM模子的快充策略

一些研究者基于等效电路模子进行充电策略优化，他们操纵公式将这些模子嵌入到单方针或多方针的优化约束问题。在这些问题中，一阶或高阶等效电路模子被用来描写电池行为，通过设置多个本钱函数以到达最大的充电效率或最小的充电损失。

基于等效电路模子建立热-电-老化耦合模子，可以描写充电引起的热效应或电池老化，而且可以基于模子对电池升温顺老化进行快充优化。除了常用的集总模子，一些强化的模子能分手电池内部和概况的温度，或进步大倍率下的仿真精度。连系充电倍率、活化能、总放电容量和温度等，可以操纵阿伦尼乌斯公式正确模拟老化现象。

一旦优化问题的框架建立，就能按照本钱函数和约束条件开辟合适的算法进行快充控制。常见的算法包括：动态计划、Pontiac最小原则、遗传算法、LGR伪谱法和最小-最大策略等。

等效电路可以描写电池的外部特性，可是不能提供其内部状态信息，尤其是充电进程中的副反应，如SEI膜增厚、锂沉积等。因此，电化学模子受到了关注。

6.2.2）基于电化学模子的快充策略

电化学模子可以估量电池内部状态(固相/液相电势、离子浓度和反应流量等)以猜测充电进程中的副反应，最常用的电化学模子是Doyle, Fuller和Newman提出的P2D模子。可是在全阶模子(FOM)中，求解偏微分方程(PDE)的计较劲很大。因此，研究者们基于FOM进行了大量的简化工作以进步计较速率。一些模子也加入了副反应以更真实模拟电池内部情况。近年来，一些具有物理意义的ECM也可用于描写电池内部的电化学进程，且其参数辨识比P2D更简单。

综上所示，基于模子的优化充电优化通常优先使用ECM、SP、ROM等而非FOM，这是由于前者计较劲小，更适用于实车应用。但这通常是以牺牲切确度为价格的，因此在某些滥用工况如快充模拟时需要小心验证。虽然今朝已有很多基于模子的优化方式，但很少有模子成果能与实验数据完全吻合，而且这些吻合也仅适用于新鲜电池场景，针对电池持久的老化模子建立问题亟待解决。

热治理的影响

快充常陪伴着大量产热与产热不均匀问题，低温下的大倍率充电对电池寿命和平安损伤很大。因此，有效的热治理对实现所有条件下的无损快充十分重要。电池热治理系统在分歧温度的设计会有很大差别。冷却Pack时需要高的热导率，而低温时Pack则需要更好的热绝缘性以使自身连结足够热量。按照温度调理热导率是解决问题的一个方式。

7.1）冷却

电动车Pack常见的冷却前言有空气、液体和相变材料(PCM)。空气冷却系统本钱低且简单，但由于其热容较低热导率较差，空气冷却速率和温度一致性都较差，不适用于快充系统。液体的冷却效率比空气高3500倍，但其本钱高、系统复杂且存在泄漏的可能。为了避免短路，冷却介质必须是绝缘体，常用的液体包括去离子水和矿物油。PCM冷却是操纵材料的相变进程吸收电池产热，但其缺点也很明显：室温很高时，即使电池没有产热PCM也会完全融化，低热导系数的液态PCM反而会阻碍电池的散热。

由于快充不成避免会进一步恶化温度散布的不均匀性，高效均一的冷却技术相比于标准充电时更重要。电池内部相对于概况的导热性更差，同时电池概况通常和冷却系统毗连，这些因素加重了电池内外温度的散布的不均一性，在电池模组和Pack中也有类似问题。

最后，一些电动车充电桩在提升快充速率的同时，会按照充电条件配置相应的外部冷却系统。假如可以实现，这种方式将削减车载冷却系统的本钱。

7.2）低温情况下的预热

锂离子电池的低温快充十分困难。本部分仅先容快速加热整个电池的方式，由于快速加热对于快充而言不成或缺。内部加热法因其高效性和高度均匀性而受到青睐。常见的四种方式为：

1）自放电加热。这种方式效率较低；

2）电池驱动电热丝并配合风扇加热。这种方式加热速度相对较快但效率还不够高且加热不均匀；

3）双向脉冲加热。行将一个电池Pack分为两组等容量的电池，电量在两组电池之间进行脉冲交换，操纵内阻进行加热。这种方式效率较高，主要受DC/DC转换的限制，仿真成果表白此方式可以在120s内将2.2Ah的18650电池从-20℃加热到20℃；

4）交换电加热。这种加热的方式更快，但其对电池老化和循环稳定性的影响尚不明白。设计锂离子电池构型以实现快速预加热也是解决低温快充的途径之一。例如，可以在两层单面的负极层中间插入电化学分手的镍箔，通过开关控制直流电流流经镍箔进行快速加热。

虽然内部加热方式更有效且使温度散布更均匀，但内部加热与快充耦合对电池循环寿命影响的研究还很少。由于电流更轻易经太低电阻区域，相应区域温度会升高，因此即使预热致使的很小的温度梯度也会在快充时被放大。由于内部温度难以从实验上丈量，因此需要进行循环测试或建立可靠的模子对预加热方式进行评估。镍箔预加热虽然很有远景，但其需要设计非标准的电池且会增加重量以及其他可能的问题。

平安性

8.1）快充对热失控的影响

研究表白快充后电池的热失控行为会发生变化。例如，对快充后的高能量软包电池进行ARC测试后发现，与新鲜电池相比，快充后电池的热失控温度会明显下降，而若有足够的静置时间，这些影响可以消除。随着静置时间的延长，析出的锂逐渐重新嵌入负极，部分锂和电解液反应形成新的SEI膜。因此，介入热失控进程的锂会削减，电池的热失控特征逐渐恢复到新鲜电池水平。

热失控由一系列的链反应引起。新鲜电池的热失控通常是由短路引起的，随后电解液发生反应，电池温度到达最高。而快充后的电池热失控进程可以分为三个阶段，如图15所示。

第一阶段(60℃ < T< 110℃)，析出的锂与电解液反应加热电池，SEI膜不竭破裂与再生，此时温度相对较低。

第二阶段(热失控诱发阶段)，锂金属在与电解液的反应中被大量消耗，造成温度急剧升高。隔膜收缩，正负极接触。

第三阶段(热失控至最高温度)，由于温度忽然升高，正负极与电解液及正负极之间起头发生反应。终极电池温度到达最高并发生热失控。

图15 快充后的电池热失控进程的链反应

8.2）过充引发的热失控

一些快充的电池Pack由于电池单体间的纷歧致性可能会过充，极可能致使热失控。这个进程可以分为4个阶段：

阶段1(100% < SOC < 120%)：电压跨越充电截止电压后起头缓慢增加，此时过量的负极材料还能正常嵌锂以保证平安性。电池材料的一些副反应可能会被诱发，电池内阻和温度有稍微增加。

阶段2(120% < SOC < 140%)：由于过度脱锂，正极的过渡金属离子例如Mn2+起头溶解。同时由于电压超越了电解液的电化学窗口，电解液也起头发生氧化。负极无法接收更多的锂离子起头不稳定并发生析锂，锂金属与电解液反应形成新的SEI膜，增加电池内阻。过充发生的焦耳热会使电池温度明显增加。

阶段3(140% < SOC < 160%)：电池材料的放热反应迅速遇上并跨越的电流的焦耳产热，并成为主要的产热方式。电解液氧化大量产热并陪伴着产气，造成电池包膨胀。随着析锂量的增加，其与电解液的副反应也加倍剧烈。SOC接近160%时，正极中的Mn2+大量溶解。正极结构起头变化，电池电压到达最大值并起头逐渐下降。

阶段4 (140% < SOC < 160%)：电解液分化大量产气致使电池包忽然破裂。隔膜破裂，电池内部发生大面积内短路，终极电池发生热失控。

基于电池内部材料和反应动力学，人们提出了两种设计方式庇护电池避免过充：

1）将电解液的氧化电位从4.4V提升至4.7V，这可以使电解液更稳定，发生热失控的SOC增加至183%。向电解液中加入功能添加剂或能发生可逆氧化还原反应的添加剂可以实现这一方针。

2）将电池热失控温度提升至300℃以延缓大面积内短路的发生，发生热失控的SOC增加至180%。通过优化电池的压力设计，或使用高热交换稳定性的隔膜，可以延缓电池包的破裂。

结论

随着新能源电动汽车续航里程的不竭增加，里程焦虑问题获得有效减缓。当前新能源汽车有待解决的问题也起头转向如何缩短充电时间，因此开辟具有快充特点的动力锂电池成为解决电动汽车市场占有率偏低的有效方式。然而如何设计出具有快充特点的电池却不是一件简单的事情，这需要从很多方面深入研究。包括正负极材料的选择、电解液的 选择、隔膜的选择、电极设计的公道选择以及充电策略的公道选择等。快充电池的开辟也要充实斟酌电芯的产热，在电芯设计开辟进程中假如能够解决 电芯产热太高问题，势必能够进步快充电芯竞争力。动力电池应该具有快速充电的能力、低产热性、适合电动汽车使用的电池能量密度要求也要兼顾长循 环寿命的特点。

虽然这些年已有很多针对快充的研究，但仍存在很多问题：

1） 时至本日，仍然没有一种可靠的车载方式能够检测电池的老化（如析锂和机械破裂）。基于电压平台的析锂检测方式有望实现在线应用，可是如何有效区分锂溶出平台和其它现象，以及检测无电压平台的析锂，还没有相关的研究。

2）很多新型电极材料具有较好的快充能力，但其在稳定性、衰减机理、范围化生产以及本钱上还有待商榷。虽然石墨负极很是轻易析锂，但斟酌到本钱、应用普遍度及技术的成熟度，石墨将在可预见的未来占据锂离子电池负极材料的主要市场。

3）现有的模子方式有明显的局限：基于ECM的模子不能猜测电池的内部状态，只能在有限的范围内使用。另一方面，高精度的FOM模子由于计较劲大而无法实时应用。因此需要一个降阶模子正确描写电池的内部焦点状态，以应用在未来的快充BMS系统中。

4）很多快充策略都是基于经验或实验开辟的，其成果只对特定构型的电池或特定工况适用，而不能扩大到其他类型电池。此外，很多基于模子的充电优化研究都是基于SP或ECM模子，大电流下模子猜测精度往往不够。

5）当前关于低温下快充优化的策略研究很少，而这些研究对于电动汽车在严寒地域的推广应用至关重要。

6）为了进一步优化电池包中单体电池的充电进程并避免局部的老化或过充，还需开辟具有平衡电池一致性的先进BMS系统。

7）虽然已有很多研究致力于热治理系统的设计，但对各类预加热和冷却系统的效率以及均匀性还需要深入评估。几近没有研究者评估交换电预加热耦合快充对电池寿命的影响。优化极耳设计、冷却系统的位置和几何外形也是改良温度和电流均匀性的重要手段。外部冷却技术耦合充电桩也是下降车载冷却系统本钱和质量的重要方式，但其真实效果还有待进一步观察。

8）最后，电池单体与Pack的衰减速率关系尚不清楚。很多充电和预加热策略虽然在电池单体上有效，但其在Pack上应用的效果、可行性以及本钱还缺乏研究。一些单体电池有效的充电策略应用到Pack上可能会造成温度和电流密度散布的不均匀，因此任何非传统的充电技术在实际应用前都需要大量研究。此外，几近没有模子斟酌了电池包内部单体间纷歧致性的影响。由于快充会放大纷歧致性，多尺微暇的研究亟待展开。多尺微暇的研究对于电池的单体集成和Pack设计至关重要。

附录：电池企业解决方案

电池快充技术作为解决电动汽车充电便捷性的关键突破口，也成为了动力电池企业介入未来市场竞争的焦点竞争力，正在快速迭代创新。针对动力电池超级快充技术，包括宁德时代、中创新航、蜂巢能源、孚能科技、亿纬锂能、巨湾技研等电池企业都给出了其针对性的创新解决方案：

宁德时代：CTP3.0麒麟电池

2022年6月23日，宁德时代发布CTP 3.0麒麟电池，材料体系兼容三元材料和LFP，体积操纵率突破72%，系统能量密度别离到达250Wh/kg 和160Wh/kg，兼具平安无热分散技术，支持5分钟快速热启动及10分钟10%-80%快充，具有4C快充能力。

麒麟电池将于2023年量产上市，极氪将成为麒麟电池全球量产的首发品牌，整车续航超1000km。

中创新航：800V高压平台快充铁锂/三元电池

中创新航为小鹏G9提供的基于800V高压平台研制的全新一代铁锂电池和中镍高压三元锂电池，在电芯材料、电池结构与工艺制造上都有创新，具有高平安、高比能、长寿命等突出上风。

其中，铁锂电池采用新型快充电解液，兼具快充、高功率、长循环性能，电池循环寿命跨越2500次。

三元电池通过修建多维高速导锂通道，不竭提升锂、镍资源的操纵率，能量密度到达250Wh/kg，续航里程未来可突破1000km；同时通过量元素均质搀杂、元素定向梯度散布等多项技术的运用，在获得高能量密度的同时，最大限度实现产物平安和性能稳定。

蜂巢能源：蜂速4C快充电芯

蜂巢能源旗下短刀片电池全品类提供包括蜂速4C快充技术、面向未来的800V电池系统、适应800V高压平台的高效热治理技术、冷蜂热阻隔技术，其中L300主打2.2C～4C快充体系，适配800V高端车型。

蜂巢能源蜂速快充基于先驱体定向生长精准控制技术和多体度立体参杂技术，可实现充电10分钟，行驶400千米。第一代蜂速快充电芯为158Ah电芯，能量密度250Wh/kg；第二代4C快充电芯产物容量165Ah，能量密度大于260Wh/kg，预计2023年2季怀抱产。

孚能科技：SPS解决方案

9月9日，孚能科技推出了全新动力电池解决方案——SPS，集大软包电芯、大软包电池系统、大软包电池制造和直接回收四项创新技术于一体。

孚能科技SPS电池系统采用大软包电芯卧式安插设计，使电池系统部件削减 50%，材料本钱下降 33%，体积操纵率提升至75%，支持 800V平台和4C 快充，充电 10 分钟续航400 千米。

欣旺达：超级快充电池SFC480

图16 SFC480

2022年末量产的超级快充电池SFC480，体积操纵率突破72%，充电功率高达480kW，充电10分钟续航可以超400千米，一次布满电续航长达700千米，未来产物续航里程可以从700千米迭代提升至1100千米。别的，该电池在-20℃的低温下，能量连结率仍能高于85%，适用于国内大部分地域的情况天气。

图17 超级快充SFC480

2022年9月3日，欣旺达在超充电池SFC480产物发布会上，先容了该产物搭载的四项自主关键技术。

材料体系创新

图18 高电压低钴Ni60

产物采用高电压低钴中镍三元材料，能量密度与高镍相当的同时，平安性优于高镍。通过复合包覆及R元素搀杂，提升高压增加能量，同时提升材料概况及晶格稳定性。

结构体系创新

图19 高精度叠片技术叠加无毗连片设计

高精度叠片：叠片精度到达±0.1mm，到达行业先进的水平，叠片中CCD在线检测，保障叠片精度，叠片后100%CT检测，零不良流出。同时通过AI算法技术，实现了从制片缺陷、叠片对齐度到电芯外观的全进程智能化检测

电芯无毗连片：无毗连片设计类似于大圆柱电池，取消了极耳转接。每一层都有极耳而且极耳更宽，过流能力大幅提升。整体设计能让电芯的内阻下降3%，相同超充电流下温升下降2.5℃；

高精度叠片技术叠加无毗连片设计让电芯获得更高的能量密度、更稳定的内部结构、更高的平安性以及更长的循环寿命。

工艺创新

图20 多孔复合电极CPE技术

多孔指的是电极内材料间的空地，CPE技术较传统工艺使电芯电极厚度增加约15%，以获得更高的能量密度，同时获得更好的动力学性能。别的，CPE技术在本钱层面更有上风。

Pack结构创新

图21 多重散热和平安技术

超充电池SFC480 PACK结构采用第三代CTP，集成度高达72%且NTP（No Thermal Propagation无热舒展）。欣旺达独占的3D液冷技术，可实现常温、高温情况下的快充散热，以保证“5min-200km”的快速补能需求，同时可以兼顾低温加热效率，来实现“-20℃，85%的能量连结率”。

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祝大师新的一年“快冲”

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参考文献：

英国帝国理工学院Gregory Offer课题组、清华大学欧阳明高院士课题组和法拉第研究所的Billy Wu 结合壳牌石油公司的研究职员结合在国际交通电动化杂志 eTransportation 上颁发了关于锂离子电池快充的综述文章（Lithium-ion battery fast charging: A review）