快充锂离子电池技术进展介绍

各研究机构和新能源企业在实用快充技术、快充用动力电池以及快充用充电设施的研发等方面都投入了极大的精力，并已取得诸多成果。

 

　　美国高通公司和美国德州仪器公司在快速充电技术方面起到了排头兵的作用。美国高通公司的Quick Charge 2.0是在其1.0技术上发展起来的主要应用于3C产品的快充技术。据介绍，使用该技术的移动装置可以减少75%的充电时间。其核心理念是提高充电电流限额，通过同时增大电压和电流的方式达到增加充电功率的目的。美国德州仪器公司生产的MaxLife快速充电技术采用创新的电池老化系统化模型，可以大幅缩短充电时间。而且实验室测试资料还表明，该技术可将电池的使用寿命延长30%。采用Impedance Track电池容量测量技术，MaxLife演算法可准确预测并避免导致电池老化的充电条件。其技术优势主要有3点：1基于阻抗跟踪（Impedance Track）的电池容量测量技术，可避免高倍率快速充电所造成的电池老化问题，精确控制充电电压和电流及充电结束时间；2可减少软件开销，降低总体材料清单成本，减小空间，提高电池安全性和散热管理；3可针对不同平台和容量更高的电池，自动调整充电算法。

 

　　由Eesha Khare发明，可以让智能手机在20~30 s内完成充电的快速充电技术获得了2013年国际科学博览会的最高奖项。该发明是由氢化二氧化钛、聚苯胺纳米棒组成的高性能超级电容器。这个电容器能在微小空间内装载超多能量，不仅充电速度快，还能长时间保存电量。此外，该设备的充电周期达到1万次，而传统充电电池只有1 000次。

 

　　上述几种快速充电技术均源自于手机等3C类产品，尚不能应用于电动汽车用动力电池的快速充电。然而，其诸多设计理念和控制算法却有可借鉴之处。以MaxLife快速充电技术的阻抗跟踪电池容量测量技术为例，它改变了目前常见电池管理系统采用的检测电压或电流的方法。所以，分析其他类型电池快速充电技术可以丰富设计思路，有益于锂离子动力电池快速充电技术的发展。

 

　　在适应快充模式的动力电池的研发方面，盟固利已经成功开发出可在100C大倍率下充电的高性能动力电池。这款新开发的动力电池以100C倍率充电时，仅需要6 s就可以充入大约16%的容量，而后在1.7 min内充入70%以上的容量。当然，100C快充是实验室可以达到的水平，并不意味着实际应用中会如此使用，但它表明锂离子电池的倍率特性有较大的提升空间。此款产品的开发，意味超级充电技术从动力电池角度是可实现的，只要外部基础设施的条件满足提供大电流的需求，就可以实现电动车超级充电。盟固利公开的这项技术，也证明了锂离子动力电池可能有更大的潜能有待发掘。

 

　　作为电动汽车企业，特斯拉在快速充电技术的研发和应用上同样做了大量的工作。目前用特斯拉超级充电桩充电，20 min就可以充进50%电量（可行驶200 km），而80 min就可以把电量充满。这是由于特斯拉独特的充电枪设计：使用特斯拉的超级充电桩充电，充电枪里的感应器会随时检测车内电池的温度变化，如果电池温度过高，充电枪就立即发出信号，减低充电强度，使电池温度降低；同时，电池板内的冷却系统，也同步做出相应的反应，使冷却力度同步加强。也就是说，特斯拉的充电枪里好像是长着“神经”一样，能感知车内电池的温度变化，并能根据电池温度的高低，自动调节充电强度，特斯拉这个简单的充电过程，是充电枪、电池冷却系统和充电桩一起高度协同工作。正是基于这样的技术优势，特斯拉联合创始人JB Strubal信心满满地说，未来会把特斯拉充电时间减少到5~10 min（特斯拉Model S的续航超过400 km）。

 

　　特斯拉电动汽车5 min超快充电构想的实现也许已经为期不远。近日， StoreDot以色列公司宣布成功研发出一种种汽车超级充电技术，其中包括电池组和专用充电桩。介绍显示，StoreDot的超级充电技术可在5 min内为电动汽车补充能够续航480 km的电量，这与传统汽车加满一箱油的时间相差无几。StoreDot的CEO  Doron Myersdorf指出，这项超级充电技术中所利用的电池采用了大量的创新设计，该公司研发出了一种新的技术——多功能电极（multifunction electrode，MFE）。MFE使用了导电聚合物和金属氧化物作为电池材料。前者允许电池接受快速充电，而后者则用来把迅速聚合的锂离子慢慢流进电极。这一快一慢2个过程既保证了充电的快速性，又避免了电极崩溃或者寿命变短。此外，StoreDot的快速充电电池对传统锂电池的所有组件（包括正极、负极以及电池隔膜等）都进行了修改，使得它们可以适应极速充电的需求。这种快速充电电池内部的电阻非常小，在充电过程中产生的热量非常少，其寿命是普通锂电池的3倍左右，同时其造价仅比锂电池高出20%~ 30%。StoreDot公司计划在2016年推出这种超级充电系统的原型，并力争2017年实现商业化。

 

　　可以预见，随着科技的不断进步，上述各种新式快速充电技术的应用会逐渐普及，也必然会有许多更为新颖的快充技术出现。而新技术的出现除了依赖于领军人物或企业的飞跃式开创，更为重要的是要靠不断从已有技术中汲取创新能量，互相借鉴，互相促进。