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发布时间：2019.10.24
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随着动力电池能量密度的不断提升和成本的不断降低，电动汽车的续航里程也在不断增加，今年推出的电动汽车的续航里程普遍超过400km，部分中高端车型续航里程达到500km以上，基本上满足日常通勤需求。因此充电速度也就成为了新能源汽车推广应用的主要障碍，缩短充电时间能够更好的提升电动汽车的使用体验，对于推广电动汽车具有重要的意义。
减少电动汽车的充电时间通常有两种措施：
1）一种是通过提升充电速度，缩短充电所需的时间，这也是目前多数新能源汽车所采用的策略；
2）第二种是通过更换电池组的方式将空电的电池组快速更换为满电电池组，这种策略通常会应用在出租车等营运车辆上。
提升充电速度虽然会带来充电时间上的缩短，但是过高的充电速度也会导致电池的衰降速度加快，影响电动汽车的使用寿命。近日，英国帝国理工大学的Anna Tomaszewska（第一作者，通讯作者）、XuningFeng（通讯作者）和清华大学的欧阳明高院士等从材料层面到系统层面全方位的对锂离子电池快充的影响因素、衰降机理和解决方法进行了回顾和综述。
锂离子电池主要由正极、负极、隔膜和电解液等部分构成，在充电的过程中Li+从正极脱出，经过电解液扩散到负极，因此整个过程中可能影响锂离子电池充电速度的因素主要有3个：
1）Li+在固相中的扩散；
2）Li+在固/液界面反应；
3）Li+在电解液中的扩散，包括溶剂化和去溶剂化。
在快速充的过程中正极衰降和正极界面膜（CEI）的生长通常不是限制因素，而负极由于动力学条件相对比较差，因此在快速充电的过程中容易发生析锂，进而减少负极可供Li+嵌入的有效面积，造成电池性能的劣化。
快充对寿命衰降的影响
快充导致的热量对电池的影响
快充会导致锂离子电池内部产热，锂离子电池的产热主要有可逆热和不可逆热两种，其中不可逆热如下式所示，其中U为电池的开路电压，V为电池电压，I为电流
在上述的不可逆热中有相当一部分来自电池的欧姆阻抗产热，如下式所示，其产热量与电流的平方成正比，因此在快充的过程中电池会产生更多的欧姆热。
电池充电过程中的可逆热则主要来自于电池中的熵变，根据电池的熵变可以计算电池的可逆热
相关研究表明在较低的倍率下可逆热是电池热量的主要来源，在较高的倍率电池的不可逆热则是电池的主要来源，而电池的温度对于锂离子电池的寿命具有显著的影响，因此锂离子电池在快充过程引起的电池温度变化对于锂离子电池的寿命具有重要的影响。
锂离子电池按照结构和形状主要可以分为三类：
1）圆柱形；
2）方形；
3）软包，不同的结构的电池在不同的方向上具有不同的散热效率，例如对于圆柱形电池在直径方向上由于隔膜等导热效果较差的材料存在，因此电池内部温度较高的位置主要集中的电芯的中间位置，而对于方形电池和软包电池由于极耳位置的电流密度比较大，因此高温区域也主要集中在电池靠近极耳的位置，而且靠近正极极耳的位置通常也会比靠近负极极耳位置的温度更高。
电池内部的温度分布不均会造成电池内部电流分布的不均，同时极耳位置设计不合理也容易产生电流分布不均的现象，电流分布不均容易导致电池在充放电的过程中发生局部的过充或过放，以及副反应速度的不一致，进而导致电池内部衰降速度的不一致。温度分布的不均不仅仅发生在电池层面，在系统层面由于电池模组中单体电池的排列，冷却系统的设计等因素也会导致不同单体电池之间存在明显的温度梯度。过高的温度在正极一侧会加剧粘结剂分解、不可逆相变和过渡金属元素的溶解等问题，而负极一侧则面临SEI膜生长加速，从而消耗电池内部有限的活性Li，导致电池不可逆的容量损失，并引起电池产气。
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