快充電池危害有哪些又有什么可以改善的方法？

快充技術(shù)會(huì)導(dǎo)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(jiàn)的現(xiàn)象，在NCM、NCA和Si負(fù)極中我們都觀察到這一現(xiàn)象，電極的粉化和破碎導(dǎo)致的活性物質(zhì)損失是鋰離子電池衰降的常見(jiàn)機(jī)理。作者根據(jù)從微觀到宏觀的尺度變化，將粉化和破碎現(xiàn)象分為以下幾類(lèi)：1）活性物質(zhì)顆粒內(nèi)部的裂紋；2）活性物質(zhì)顆粒與導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑分離；3）電極與集流體之間的剝離。

導(dǎo)致電極粉化和破碎的原因主要是快充導(dǎo)致的電池內(nèi)部的Li濃度的變化，在快充的過(guò)程中由于脫Li和嵌Li速度較快，因此會(huì)在正極和負(fù)極內(nèi)部都會(huì)產(chǎn)生較為顯著的Li濃度梯度，從而導(dǎo)致鋰離子電池內(nèi)部的應(yīng)力分布不均，進(jìn)而導(dǎo)致了活性物質(zhì)顆粒的破碎，電極的剝離等現(xiàn)象，引起活性物質(zhì)的損失。

如何改善電池的快充電池性能

正負(fù)極活性物質(zhì)的選擇

傳統(tǒng)的鋰離子電池以石墨為負(fù)極活性物質(zhì)，石墨的嵌鋰電位與金屬Li接近，因此在大電流充電的過(guò)程中非常容易出現(xiàn)析鋰的問(wèn)題，有研究表明在石墨負(fù)極表面包覆一層1%的Al2O3能夠?qū)⑹?fù)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(yōu)異，并且具有非常好的循環(huán)穩(wěn)定性，同時(shí)其較高的電位也讓負(fù)極析鋰的風(fēng)險(xiǎn)幾乎不存在，非常適合作為快充鋰離子電池的負(fù)極材料。

除了負(fù)極材料的選擇，負(fù)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(wú)定形碳、金屬包覆和摻雜（如Cu和Sn）等都是改善石墨負(fù)極快充性能的有效方法。同時(shí)石墨材料的晶體結(jié)構(gòu)也會(huì)對(duì)其倍率性能產(chǎn)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

除了材料的選擇之外，如何進(jìn)行電極設(shè)計(jì)也對(duì)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(shí)提高N/P比也能夠有效的減少負(fù)極析鋰的風(fēng)險(xiǎn)，提升電池的倍率性能。

電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

除了電極的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，鋰離子電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也對(duì)鋰離子電池的快充性能有顯著的影響，極耳的位置、材料、結(jié)構(gòu)和焊接方式的選擇都會(huì)影響電池內(nèi)部電流的分布，同時(shí)電池的形狀也會(huì)影響電池內(nèi)部溫度的分布，進(jìn)而影響鋰離子電池內(nèi)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(dǎo)致局部析鋰，從而影響電池快充性能。

電池組的設(shè)計(jì)

雖然對(duì)于鋰離子電池快充性能的研究比較多，但是對(duì)于電池組快充性能的研究仍然比較少，有研究顯示日產(chǎn)聆風(fēng)電動(dòng)汽車(chē)的電池組在2C倍率充電時(shí)，衰降速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(nèi)部的單體電池之間的積累的偏差導(dǎo)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(duì)電池組的充電管理和熱管理系統(tǒng)提出了非常高的要求。