说到电动车，最关心的问题就是续航。目前一般续航里程在400km左右。从大部分出行场景来看，这个数值真的差不多够用了。但是，为什么大部分人(包括我)总觉得这个里程远远不够，希望再加个三五百公里就心安理得了？原因是充电远没有加油方便。如果燃油车没油了，打开手机指导一次航行。总加气要三五公里，三五分钟。充电不一样。首先，你可能找不到充电站。其次，即使找到充电站，也不一定能排队。最后，就算排队，至少也要收费一个小时。制约充电便利性的主要是充电速度太慢。它有两个制约作用:充电速度慢意味着耽误了电动车车主的宝贵时间，应该计入直接成本。充电速度慢意味着租用场地开充电站的服务效率低，投入产出不划算，间接制约了充电站的普及。我们经常从车用锂电池快速充电技术的两个角度将锂电池比作“水箱模型”:与大多数电池相比，它们采用的是转化的化学反应，伴随着显著的物质转化过程，而锂离子电池采用的是非常独特的嵌锂化学反应，锂离子真的像水一样在正极和负极之间来回倒灌。
既然把锂离子电池比作水箱模型，那么水和油有什么区别呢？为什么给燃油车灌油那么快，给电动车灌电那么慢？这就是所谓的锂电池快充技术，要从两个角度来理解:充电装置的角度:充电桩和车载高压系统有没有大功率输出的能力？从锂电池的角度:在保证安全和寿命的前提下，锂离子电池是否有承受大功率输入的能力？近日，保时捷发布了豪华电动车Taycan。最引人注目的是车载800V高压系统，可支持350kW超快充电电源。350kW是什么概念？相当于停了半个小区的空调，省下来的电充到一个小电动车里。
(保时捷Taycan)保时捷此举主要是从充电装置的角度突破技术，这也是汽车主机厂和零部件厂的重点。事实上，从另一个角度研究更困难，或许也更重要:锂离子电池是否有承受大功率输入的能力？今天分享的论文就是讨论这个话题:
快充会带来哪些风险？简而言之，快充带来三种效应:热效应、锂析出和机械效应。热效应很好理解。根据焦耳定律，发热量是电流的平方关系:J = I^2 R并考虑P=UI，从充电装置的角度来看，不增加电流，只能增加电压，这也是为什么车载800V高压系统对超快充电如此重要的原因。车载高压系统的电压升高，但充电电缆中的热量减少。但是锂离子电池单体电池的电压不可能大幅提高，它们必须忍受大电流带来的发热两个问题:总发热:电池本身的散热性能和电池组的整体散热性能需要加强。不均匀:汽车的热管理做得好，不同电池之间的温差可以达到2℃的水平，差的话也可以达到5℃的水平。然而，这只是电池的表面温度。快充的时候里面发生了什么？下面两张图显示，在快速充电过程中，电池内部的最大温差高达abov……10 ℃,阳极温度最高。
如果给电池，主机厂仅在热管理层面，很难从根本上改善快充导致的电池内部温度不一致。为了提高这种性能，电池厂需要改进电极材料和电池设计，本文对此进行了总结和介绍。热效应的危害是什么？两个方面:老化和安全关于老化，温度高了会怎么样？可以参考赵忠老师写的一句台词，“春天来了，万物复苏，大草原到了动物的季节……”。锂离子电池寿命衰减的副反应与草原动物相似，与温度有很强的相关性。有哪些具体的副作用让你如此坐立不安？提到最多的就是负极SEI膜的生长。
(赵忠老师的节目截图)关于安全。在今年上半年的特斯拉和蔚来自燃事件中，我听到了吃瓜群众的一个直观简单的认识。“天气已经很热了，充电更热。当电池温度逐渐上升到临界点时，它就像一堆杂草一样燃烧自己。”这种理解正确吗？这种理解有正确的一面:电池热失控的连锁反应确实有一个临界温度点。如下图所示，热失控的蔓延分为三个阶段，纵坐标是对数坐标下的产热率:在任何阶段，只要散热率高于产热率，热失控就不会继续蔓延。同时我们可以看到第二阶段的产热率有了明显的增加(注意这是对数坐标)，这个阶段的温度起点T2对应的是吃瓜人口中的“临界温度”。
那么问题是，T2超过100度，这是不容易实现的。让我们给它通上电流，这是一个效率在95%以上的充电行为(产热比例很小)，并不是在加热电阻丝。毕竟电池组是个半吨重的大家伙。就算是免费给你的，加热到100多度也是很难的！因此，仅靠热效应无法达到临时温度T2，电池组也不像杂草堆那样危险。是什么让临界温度T2不期而至？有必要讨论一下快速充电引起的镀锂效应——它就像一个魔鬼，可以大大降低临界温度T2。锂离子电池是基于嵌锂反应设计的，但当负电流过大或温度过低，负电势低于Li/Li+参比电极电势时，就会发生锂金属电池特有的锂转化反应，产生金属锂，称为锂沉淀。锂转换反应非常可怕，它带来的安全事故一度让前景看好的世界第一锂电池公司摩力能源破产。锂沉淀反应继续后，会生长成树状结构，称为锂枝晶。让我们看看它是什么样子的:
早期的简单理解是锂枝晶不断产生，最终刺穿正负极之间的隔膜，造成内部短路。这种理解在直觉上是有意义的。锂枝晶毕竟是金属，不容易刺穿非金属薄膜。近年来，另一种解释逐渐占上风:锂金属特别软，产生的锂枝晶不是铸造的，也不是锻造的，是站不住脚的微观形态。它怎么能刺穿横膈膜？所以不是锂枝晶刺穿隔膜导致的内部短路热失控，而是锂枝晶的枝晶结构由于某种机制大大降低了临界温度T2，使得热失控更容易发生！也就是说，快充时的热效应使电池温度升高，析锂效应使临界温度降低。这两种影响是内在的和外在的，共同导致了热失控的发生。除了对安全的影响，快速充放锂过程中锂离子数量减少，当然也导致容量衰减，影响电池寿命。本文还指出，锂沉淀的过程似乎是部分逆转的。只要电池在快速充电后快速休息，锂金属就会再次变成锂离子(无法回收的部分称为死锂)，临界温度T2就会恢复到正常的高值。最后还有一个机械效果，由于篇幅有限，不详细介绍。有兴趣的同学可以看原文或者另一种解读。监测析锂的技术问题——无损诊断如上所述，快速充电引起的电池寿命衰减和安全性，析锂效应起着关键作用。首先要合理设计电芯和电池组，透彻了解电池型号，准确估计电池当前状态，控制快充过程，尽量避免快充过程中锂析出。遗憾的是，对于汽车这种几十万辆的量产产品来说，要全面做到这一点还是非常非常困难的，尤其是在我们对锂电池的了解还不透彻的情况下。不要慌，从锂析出到锂枝晶再到锂失控的过程不是一个瞬间的过程，而是一个逐渐蔓延的过程。如果能在早期检测出析锂效应，提前采取预防措施或警告业主迅速修复，就可以避免热失控发展造成的人身和财产损失。文中提到锂枝晶的检测方法有:光学显微镜SEM、扫描电镜、透射电镜、透射电镜)、核磁共振谱(NMR谱)、X射线衍射(XRD)等。不幸的是，这些方法不是非破坏性诊断，而是需要拆卸和观察。这对于紧紧封装在电池组中的电芯来说，显然是不现实的；即使采用这些方法进行抽样检验，由于电池之间存在明显的不一致性，抽样的少量电池也不能说明整个电池组的安全状况。有无损诊断方法吗？本文综合总结了相关研究，大概有六种方法如下图所示:1)阿伦尼乌斯图2)电阻-容量曲线3)非线性频率响应分析(NFRA，非线性频率响应分析)4)库仑IC效率分析5)差分电压分析6)增量容量分析(ICA)。
既然有这样一种无损诊断方法，八仙人在渡海时也能工作，对吗？可惜事实并非如此！上述分析方法虽然五花八门，但本质上都是对电流和电压的同一外部测量信号在时间维度上的数学变换:变换一个坐标轴，求微分，计算积分等等。比如出土了一个5000年的古墓，发现了一块骨头(电压和电流信号)，问了一个问题让你画出主人的DNA(锂枝晶状态)。不能说这不可能，但至少很难；尤其是如果你不知道DNA的双螺旋结构模型(锂离子电池的结晶机制)，那就更难了。还有一种更糟糕的情况，题目变成:给你一根骨头，让你推断骨头主人的名字。说到电动车，最关心的问题就是续航。目前一般续航里程在400km左右。从大部分出行场景来看，这个数值真的差不多够用了。但是，为什么大部分人(包括我)总觉得这个里程远远不够，希望再加个三五百公里就心安理得了？原因是充电远没有加油方便。如果燃油车没油了，打开手机指导一次航行。总加气要三五公里，三五分钟。充电不一样。首先，你可能找不到充电站。其次，即使找到充电站，也不一定能排队。最后，就算排队，至少也要收费一个小时。制约充电便利性的主要是充电速度太慢。它有两个制约作用:充电速度慢意味着耽误了电动车车主的宝贵时间，应该计入直接成本。充电速度慢意味着租用场地开充电站的服务效率低，投入产出不划算，间接制约了充电站的普及。我们经常从车用锂电池快速充电技术的两个角度将锂电池比作“水箱模型”:与大多数电池相比，它们采用的是转化的化学反应，伴随着显著的物质转化过程，而锂离子电池采用的是非常独特的嵌锂化学反应，锂离子真的像水一样在正极和负极之间来回倒灌。
既然把锂离子电池比作水箱模型，那么水和油有什么区别呢？为什么给燃油车灌油那么快，给电动车灌电那么慢？这就是所谓的锂电池快充技术，要从两个角度来理解:充电设备的角度:充电桩和车载高压系统有没有大功率输出的能力？从锂电池的角度:在保证安全和寿命的前提下，锂离子电池是否有承受大功率输入的能力？近日，保时捷发布了豪华电动车Taycan。最引人注目的是车载800V高压系统，可支持350kW超快充电电源。350kW是什么概念？相当于停了半个小区的空调，省下来的电充到一个小电动车里。
(保时捷Taycan)保时捷此举主要是从充电装置的角度突破技术，这也是汽车主机厂和零部件厂的重点。事实上，从另一个角度研究更困难，或许也更重要:锂离子电池是否有承受大功率输入的能力？今天分享的论文就是讨论这个话题:
快充会带来哪些风险？简而言之，快充带来三种效应:热效应、锂析出和机械效应。热效应很好理解。根据焦耳定律，发热量是电流的平方关系:J = I^2 R并考虑P=UI，从充电装置的角度来看，不增加电流，只能增加电压，这也是为什么车载800V高压系统对超快充电如此重要的原因。车载高压系统的电压升高，但充电电缆中的热量减少。但是锂离子电池单体电池的电压不可能大幅提高，它们必须忍受大电流带来的发热两个问题:总发热:电池本身的散热性能和电池组的整体散热性能需要加强。不均匀性:汽车的热管理做得很好，不同电池之间的温差可以达到2°C的水平，也可以达到5°C I的水平……很穷。然而，这只是电池的表面温度。快充的时候里面发生了什么？下面两张图显示，快速充电时，电芯内部最大温差高达10°C以上，阳极温度最高。
如果给电池，主机厂仅在热管理层面，很难从根本上改善快充导致的电池内部温度不一致。为了提高这种性能，电池厂需要改进电极材料和电池设计，本文对此进行了总结和介绍。热效应的危害是什么？两个方面:老化和安全关于老化，温度高了会怎么样？可以参考赵忠老师写的一句台词，“春天来了，万物复苏，大草原到了动物的季节……”。锂离子电池寿命衰减的副反应与草原动物相似，与温度有很强的相关性。有哪些具体的副作用让你如此坐立不安？提到最多的就是负极SEI膜的生长。
(赵忠老师的节目截图)关于安全。在今年上半年的特斯拉和蔚来自燃事件中，我听到了吃瓜群众的一个直观简单的认识。“天气已经很热了，充电更热。当电池温度逐渐上升到临界点时，它就像一堆杂草一样燃烧自己。”这种理解正确吗？这种理解有正确的一面:电池热失控的连锁反应确实有一个临界温度点。如下图所示，热失控的蔓延分为三个阶段，纵坐标是对数坐标下的产热率:在任何阶段，只要散热率高于产热率，热失控就不会继续蔓延。同时我们可以看到第二阶段的产热率有了明显的增加(注意这是对数坐标)，这个阶段的温度起点T2对应的是吃瓜人口中的“临界温度”。
那么问题是，T2超过100度，这是不容易实现的。让我们给它通上电流，这是一个效率在95%以上的充电行为(产热比例很小)，并不是在加热电阻丝。毕竟电池组是个半吨重的大家伙。就算是免费给你的，加热到100多度也是很难的！因此，仅靠热效应无法达到临时温度T2，电池组也不像杂草堆那样危险。是什么让临界温度T2不期而至？有必要讨论一下快速充电引起的镀锂效应——它就像一个魔鬼，可以大大降低临界温度T2。锂离子电池是基于嵌锂反应设计的，但当负电流过大或温度过低，负电势低于Li/Li+参比电极电势时，就会发生锂金属电池特有的锂转化反应，产生金属锂，称为锂沉淀。锂转换反应非常可怕，它带来的安全事故一度让前景看好的世界第一锂电池公司摩力能源破产。锂沉淀反应继续后，会生长成树状结构，称为锂枝晶。让我们看看它是什么样子的:
早期的简单理解是锂枝晶不断产生，最终刺穿正负极之间的隔膜，造成内部短路。这种理解在直觉上是有意义的。锂枝晶毕竟是金属，不容易刺穿非金属薄膜。近年来，另一种解释逐渐占上风:锂金属特别软，产生的锂枝晶不是铸造的，也不是锻造的，是站不住脚的微观形态。它怎么能刺穿横膈膜？所以不是锂枝晶刺穿隔膜导致的内部短路热失控，而是锂枝晶的枝晶结构由于某种机制大大降低了临界温度T2，使得热失控更容易发生！也就是说，快充时的热效应使电池温度升高，析锂效应使临界温度降低。这两种影响是内在的和外在的，共同导致了热失控的发生。除了对安全的影响，快速充放锂过程中锂离子数量减少，当然也导致容量衰减，影响电池寿命。本文还指出，锂沉淀的过程似乎是部分逆转的。只要电池在快速充电后快速休息，锂金属就会再次变成锂离子(无法回收的部分称为死锂)，临界温度T2就会恢复到正常的高值。最后还有一个机械效果，由于篇幅有限，不详细介绍。有兴趣的同学可以看原文或者另一种解读。监测析锂的技术问题——无损诊断如上所述，快速充电引起的电池寿命衰减和安全性，析锂效应起着关键作用。首先要合理设计电芯和电池组，透彻了解电池型号，准确估计电池当前状态，控制快充过程，尽量避免快充过程中锂析出。遗憾的是，对于汽车这种几十万辆的量产产品来说，要全面做到这一点还是非常非常困难的，尤其是在我们对锂电池的了解还不透彻的情况下。不要慌，从锂析出到锂枝晶再到锂失控的过程不是一个瞬间的过程，而是一个逐渐蔓延的过程。如果能在早期检测出析锂效应，提前采取预防措施或警告业主迅速修复，就可以避免热失控发展造成的人身和财产损失。文中提到锂枝晶的检测方法有:光学显微镜SEM、扫描电镜、透射电镜、透射电镜)、核磁共振谱(NMR谱)、X射线衍射(XRD)等。不幸的是，这些方法不是非破坏性诊断，而是需要拆卸和观察。这对于紧紧封装在电池组中的电芯来说，显然是不现实的；即使采用这些方法进行抽样检验，由于电池之间存在明显的不一致性，抽样的少量电池也不能说明整个电池组的安全状况。有无损诊断方法吗？本文综合总结了相关研究，大概有六种方法如下图所示:1)阿伦尼乌斯图2)电阻-容量曲线3)非线性频率响应分析(NFRA，非线性频率响应分析)4)库仑IC效率分析5)差分电压分析6)增量容量分析(ICA)。
既然有这样一种无损诊断方法，八仙人在渡海时也能工作，对吗？可惜事实并非如此！上述分析方法虽然五花八门，但本质上都是对电流和电压的同一外部测量信号在时间维度上的数学变换:变换一个坐标轴，求微分，计算积分等等。比如出土了一个5000年的古墓，发现了一块骨头(电压和电流信号)，问了一个问题让你画出主人的DNA(锂枝晶状态)。不能说这不可能，但至少很难；尤其是如果你不知道DNA的双螺旋结构模型(锂离子电池的结晶机制)，那就更难了。还有一种更糟糕的情况，题目变成:给你一根骨头，让你推断骨头主人的名字。因为骨头里根本不包含这些信息，你就算想破脑袋也推断不出来！这条路不通，不如另辟蹊径找古代史料！是的，如果我们真的不能从外界的电压电流信号推断，我们能不能另辟蹊径，寻找其他无损检测锂枝晶的方法？碰巧的是，在刚刚结束的第三届国际电池安全研讨会(IBSW)上，全球锂离子领袖齐聚一堂，相关报道介绍了一种很有前景的方法:在电池负极设计一个智能传感器，专门检测锂析出。如果这种方法能够成功走出实验室，实现产业化，就可以从根本上解决锂析出带来的寿命衰变和安全问题。
8
说到这里，吃瓜群众可能会说:我们不关心这些，我们只想知道什么时候能以北汽新能源的价格享受到保时捷Taycan这样的超级快充技术。为解决这一问题，以下技术路线图可供参考:
9
论文下载:这篇论文长达28页，作者超过20人。浓重的英语让我几乎沮丧。以上介绍的是文中一些浅显易懂的观点。更多精彩内容，你应该看看原文或者《能源学者》的中译本。本文来自Elsevier期刊《国际交通电气化杂志》第一期，一年内可免费下载:https://www . science direct . com/journal/transportation/vol/1/Suppl/c。
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参考文献看锂电池的生命周期衰减|论文简介01 https://zhuanglan.zhihu.com/p/83328983有哪些“划时代”的存在“突破”了你现有的知识？Https://www.zhihu.com/question/344181911/answer/816371551如何评价保时捷泰康？https://www . zhi Hu . com/question/280402448/answer/814303195Anna Tomaszewska，Chu，Feng，等.锂离子电池快速充电研究综述[J].《电子交通学报》2019年第1卷谈汽车热管理https://zhuanlan.zhihu.com/p/70101842楚于正。基于降维电化学模型的锂离子电池无锂沉淀快速充电控制。清华大学的博士论文。[7]如何看待4月21日上海地下车库特斯拉Model S自燃及电动车安全问题？https://www . zhi Hu . com/question/321156142/answer/659113692lópez C M，Vaughey J T，Dees D W .洞察界面形貌对锂电极电化学性能的作用[J]电化学学会学报，2012，159 (6): A873-A886 .高:锂离子电池快充技术从材料到系统的全面总结TL G6 qpyvbshjq 关于快充，从全生命周期看锂电池的寿命衰减|论文简介01有哪些“划时代”的存在“突破”了你现有的知识？Https://www.zhihu.com/question/344181911/answer/816371551如何评价保时捷泰康？https://www . zhi Hu . com/question/280402448/answer/814303195Anna Tomaszewska，Chu，Feng，等.锂离子电池快速充电研究综述[J].《电子交通学报》2019年第1卷谈汽车热管理https://zhuanlan.zhihu.com/p/70101842楚于正。基于降维电化学模型的锂离子电池无锂沉淀快速充电控制。清华大学的博士论文。[7]如何看待4月21日上海地下车库特斯拉Model S自燃及电动车安全问题？https://www . zhi Hu . com/question/321156142/answer/659113692lópez C M，Vaughey J T，Dees D W .洞察界面形貌对锂电极电化学性能的作用[J]电化学学会学报，2012，159 (6): A873-A886 .高:锂离子电池快充技术从材料到系统的全面总结TL G6 qpyvbshjq 关于快充，因为骨头里根本不包含这些信息，所以就算你想破脑袋也推断不出来！这条路不通，不如另辟蹊径找古代史料！是的，如果我们真的不能从外界的电压电流信号推断，我们能不能另辟蹊径，寻找其他无损检测锂枝晶的方法？碰巧的是，在刚刚结束的第三届国际电池安全研讨会(IBSW)上，全球锂离子领袖齐聚一堂，相关报道介绍了一种很有前景的方法:在电池负极设计一个智能传感器，专门检测锂析出。如果这种方法能够成功走出实验室，实现产业化，就可以从根本上解决锂析出带来的寿命衰变和安全问题。
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说到这里，吃瓜群众可能会说:我们不关心这些，我们只想知道什么时候能以北汽新能源的价格享受到保时捷Taycan这样的超级快充技术。为解决这一问题，以下技术路线图可供参考:
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论文下载:这篇论文长达28页，作者超过20人。浓重的英语让我几乎沮丧。以上介绍的是文中一些浅显易懂的观点。更多精彩内容，你应该看看原文或者《能源学者》的中译本。本文来自Elsevier期刊《国际交通电气化杂志》第一期，一年内可免费下载:https://www . science direct . com/journal/transportation/vol/1/Suppl/c。
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参考文献看锂电池的生命周期衰减|论文简介01 https://zhuanglan.zhihu.com/p/83328983有哪些“划时代”的存在“突破”了你现有的知识？Https://www.zhihu.com/question/344181911/answer/816371551如何评价保时捷泰康？https://www . zhi Hu . com/question/280402448/answer/814303195Anna Tomaszewska，Chu，Feng，等.锂离子电池快速充电研究综述[J].《电子交通学报》2019年第1卷谈汽车热管理https://zhuanlan.zhihu.com/p/70101842楚于正。基于降维电化学模型的锂离子电池无锂沉淀快速充电控制。清华大学的博士论文。[7]如何看待4月21日上海地下车库特斯拉Model S自燃及电动车安全问题？https://www . zhi Hu . com/question/321156142/answer/659113692lópez C M，Vaughey J T，Dees D W .洞察界面形貌对锂电极电化学性能的作用[J]电化学学会学报，2012，159 (6): A873-A886 .高:锂离子电池快充技术从材料到系统的全面总结TL G6 qpyvbshjq 关于快充，从全生命周期看锂电池的寿命衰减|论文简介01有哪些“划时代”的存在“突破”了你现有的知识？Https://www.zhihu.com/question/344181911/answer/816371551如何评价保时捷泰康？https://www . zhi Hu . com/question/280402448/answer/814303195Anna Tomaszewska，Chu，Feng，等.锂离子电池快速充电研究综述[J].《电子交通学报》2019年第1卷谈汽车热管理https://zhuanlan.zhihu.com/p/70101842楚于正。基于降维电化学模型的锂离子电池无锂沉淀快速充电控制。清华大学的博士论文。[7]如何看待4月21日上海地下车库特斯拉Model S自燃及电动车安全问题？https://www . zhi Hu . com/question/321156142/answer/659113692lópez C M，Vaughey J T，Dees D W .洞察界面形貌对锂电极电化学性能的作用[J]电化学学会学报，2012，159 (6): A873-A886 .高:锂离子电池快速充电技术从材料到系统的全面总结TL G6 qpyvbshjq 关于快速充电，
11月11日，天华超净（300390）公告称，子公司天宜锂业与宁德时代签署合作协议，未来5年内宁德时代将优先向天宜锂业采购碳酸锂和氢氧化锂产品。
1900/1/1 0:00:00动力电池回收及梯次利用，对节能环保、摊薄生产成本、延长生命周期、提升经济效用至关重要。原因是当动力电池容量衰减，不再适用于电动汽车时，直接报废回收，会造成很大浪费。
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1900/1/1 0:00:00东南亚市场已经成为全球发展最快的汽车市场之一。为此，汽车零部件供应商采埃孚早早开始在越南布局，其位于越南的第一家工厂于近日建成开业。
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