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电动汽车充电慢?4分钟充满行不行?

在政府的大力推动下,中国电动汽车2017年销售数量首次超过70万辆,超越美国成为全球最大的电动汽车市场。随着电动汽车成本的不断下降,驾驶品质的不断提升,电动汽车开始越来越多的进入到普通人的汽车购买选项中。电动汽车在使用中,人们最为担心的还是充电时间和续航里程的问题,在目前的技术水平下,充电时间与续航里程难以兼得,因此动力电池也就发展出了两条路线,一种是专注续航里程的比能量派,主要是通过不断的提高锂离子电池的比能量,从而增加电动汽车的续航里程;第二种是专注减少电动汽车的充电时间的快充派,主要是通过改善锂离子电池的快充性能,缩短电动汽车的充电时间。在目前的新能源汽车补贴政策主要参考续航里程的前提下,比能量派自然也就成为了主流,快充技术却日渐式微。

在日常的上下班通勤中,行驶里程一般不会超过100公里,大多数都集中在20-50公里的区间,这种模式非常适合插电式混合动力汽车,插电式混合动力汽车对于动力电池的功率性能有较高的要求,同时为了满足使用的便利性需求,对充电时间的要求也比较高,因此插电式混合动力汽车非常适合采用具有快充能力的动力电池。今天为大家介绍的就是由加拿大魁北克水电研究所的K. Zaghib等人设计的一款“超级快充”锂离子电池,根据报道该电池在10C充电(6min充满)和5C放电(12min放完)的倍率下100%DOD循环20,000次容量没有衰减,在15C充电(4min充满)和5C放电的情况下,100%DOD循环30,000次容量保持率可达95%,完全能够满足快速充电和长寿命的需求。

限制锂离子电池充电速率的主要是负极,传统的石墨负极动力学条件比较差,在大电流密度充电的情况下,会在石墨负极的表面产生金属锂的析出,严重情况下甚至还会产生锂枝晶,引起严重的安全问题。因此,在快充动力电池设计中K. Zaghib采用了动力学条件较好的Li4Ti5O12作为负极材料,正极材料同样选择了倍率性能较好的LiFePO4材料,从而大幅提升了电池快速充电的能力。

为了改善LFP材料的导电性能,K. Zaghib在LFP材料表面包覆了一层导电碳材料(2wt%),以提升LFP材料的导电性。为了提升LFP材料在高倍率下的循环性能、提高能量密度和降低生产成本,K. Zaghib在制备LFP正极极片时并没有采用传统的PVDF粘结剂,而是采用水溶性的人造橡胶类材料作为粘结剂,CMC作为增稠剂,其良好的弹性改善了LFP的循环性能,同时由于采用了水作为溶剂,极大的降低了生产成本,减少了环境污染。

有了高性能的材料和优异的设计的加持,LFP/LTO电池展现出了卓越的快速充放电的能力,下图为采用上述配方制备的18650电池在10C充电(6分钟充满)和5C放电倍率下循环1次、10,000次和20,000次的充放电曲线,可以看到,在经过2万次的大倍率充放电后该电池的充放电曲线几乎没有发生变化,表明该电池循环寿命非常优异。

下图为上述电池在15C充电(4分钟充满)和5C放电倍率下循环1次、10,000次、20,000次和30,000次的充放电曲线,可以看到电池在循环过充容量略有衰降,在循环30,000次后,容量保持率仍然可达95%左右。

这样的循环寿命足以维持至少50年的使用寿命(假设每天充电1次,50年总共需要充放电18,520次),也就是说如果采用这一款电池,在电动汽车的整个寿命周期内都不需要更换电池,这些电池甚至在原有汽车淘汰后还能用在其他电动汽车上,这就大大降低了电动汽车的使用成本。

有了这样一款“超级快充”电池的加持,你的电动汽车就可以真正实现充电5分钟能“浪”一整天了。试想一下,以后下班以后你可以在单位附近的公共充电桩,花5min的时间给车“加”个电,这期间你可以坐下喝一杯咖啡,和朋友聊聊天,免去了在加油站排队等待的时间。相信随着国家对新能源汽车的补贴逐渐转向充电设施的建设,快速充电桩的逐渐普及,快充电池将迎来新的发展机遇。

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