锂离子电池的工作原理,重要靠锂离子在正负极之间来回移动,充工作电就是把锂离子从正极搬到负极的一个过程,锂离子从材料里面出去是一个快速的过程,进入材料里面是一个慢的过程。关于石墨材料来讲,锂离子出来的时候比进去的时候差一百倍以上,速度差两个数量级,放电较容易,充电较难较慢。所以有些公司称,把正极进行改进,就能让电池5分钟充进去多少多少电,这完全不可信,因为充电不是正极说了算,而是负极说了算。
今天的电池材料体系,负极材料有石墨,还有其他碳材料,最近想把硅的氧化物加进去,还有快充的碳酸锂,实际上都有不同的特点。锂离子大量充电的时候,首先通过电解液,在里面进行扩散,这使得在低温的时候充电就有问题了,因为低温的时候,电解液的电马力不够,离子的扩散速度就不够,在低温的时候要想快充,这个事情会变得更难。
充不进去电的时候存在两个问题,锂离子在电解液里运不过来是一个问题,但是锂离子从电解液里面运过来以后,到了电极界面之后,进入的门太小,锂离子进不去,进去之后,屋子里面太挤,而都挤在门口更危险,在门口堆积就会导致短路,越低温的时候,这个问题会越大。
消费者关于快速充电都有需求,一辆正常的轿车,假如把充电功率提高的时候,时间会相应缩短。能达到几分钟洋溢电也并不有什么了不起的事,但是到了一个小时、甚至半个小时以内的时候,这种快充是不是还有意义还要取决于电池、充电基础设施是否能满足要求,这涉及到安全问题。
除了安全问题之外,快充、包括充电的模式都会影响电池的寿命,把电池的电压上限设置更高一点,代价是减少寿命。快充的时候,温度高一些可以达到效果,但是也是以牺牲电池寿命为代价的。这在刚开始使用车辆的时候可能看不出来,但是越到后面对电池的影响就会越分明。
电池寿命还跟充放电的深度有关系。例如,一块手机电池在充到90%的时候就停止,在大于20%的时候就开始充电,要比别人每一次都充得很满,每一次用到关机的时候才充电的情况,使用寿命长很多。所以,对锂离子电池来讲,在中间是比较好的。
举一个快充的例子,美国国家试验室曾用日产Leaf做了不同的充电情况的试验,也做了不同温度情况下的试验,重要试验的是快充50千瓦的直流充电,33千瓦的交流充电的差别。通过试验发现假如温度能够保持电池的温度比较好的情况下,电压能够控制得比较好,影响不是太大。
快速充电除了关心速度以外,也要关心安全和电池寿命,电池寿命跟电池的充放电深度密切相关,合理的充电、合理的快充可以做到对电池没有影响,但是高倍率的电池快速充电会对电池有影响。