快充——磷酸铁锂电池的新突破点
快充技术的核心就是在不影响电芯寿命和安全性的前提下,通过化学体系的设计,加速锂离子在正负极移动的速度,很多快充技术都是围绕这一点进行优化。对磷酸铁锂电池快充的研发,宁德时代和沃特玛具有代表性。
宁德时代的磷酸铁锂快充技术比较成熟,正极方面,宁德时代开发了“超电子网”技术,在确保快充电池系统的安全性和可靠性的基础上,使磷酸铁锂的电子具有优异的导电性能,可达三元材料的1000倍。负极方面,宁德时代采用“快离子环”技术,在石墨表面打造一圈“高速公路”,加快了锂离子在石墨层的嵌入,充电倍率可达4C~5C,并能保证系统级别70Wh/kg以上的能量密度,实现10000次的循环寿命。此外,为了让快充适应不同的工作环境,宁德时代还专门开发了热管理系统,确保在低温和高温的环境里实现快充。
宁德时代总裁黄世霖表示,宁德时代将开发更成熟的电池快充技术,配合充电需求布设专业化集中充电站,满足市场对远距离行驶和短时间充电的需求。据了解,宁德时代将逐步提升电池能量密度,提高电动汽车的续航里程,2017年年底前推出新技术,争取生产出充电10分钟、续航300公里的电池产品。
通过对沃特玛的调研和相关资料的查阅,电池中国网了解到,沃特玛是磷酸铁锂材料体系的坚定拥护者,它在磷酸铁锂快充方面一直在发力。正极方面,沃特玛使用粒径更小的磷酸铁锂材料,目前市场上普遍的磷酸铁锂粒径在300~600nm之间,而沃特玛只用100~300nm的磷酸铁锂材料,从而使锂离子拥有更快的迁移速度,可实现更大倍率的电流进行充放电。在负极端,沃特玛同样采用粒径更小的人造石墨进行碳包覆——小粒径有利于锂离子的脱离和嵌入;碳包覆能对电池的循环寿命进行优化改善,微孔的碳结构有利于电解液的吸附,从而起到改善循环寿命的作用。
在安全防护措施方面,沃特玛电池采用圆柱结构,并在常规安全装置外设有通气管装置和拉断开启装置。通气管装置能保证内部气压的平衡,可防止电芯内局部气压过高导致电池爆炸的风险;而拉断开启装置在电池过充、过流、过热的情况下,会产气断开电路,终止电池内部的电化学反应,防止爆炸的发生。
磷酸铁锂电池近年来一直在电池体系中担纲主角,尽管理论能量密度上升空间有限,多传终将被其他电池材料取代,但磷酸铁锂找到了新的突破点,在快充方面向其他电池材料体系发起了挑战。可以预见,未来,凭快充“一招鲜”,磷酸铁锂就可以走得更远。