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編者按：近年各大品牌電動汽車的發(fā)布會，快充一直是商家著力吆喝的賣點之一。成本、能量密度、快充特性一直是評估動力電池的三大重要指標(biāo)。最近，美國研究人員針對NMC811/石墨體系的快充限制因素進(jìn)行了細(xì)致評估。

成本、能量密度、快充特性一直是評估動力電池的三大重要指標(biāo)。仔細(xì)觀察近年各大品牌電動汽車的發(fā)布會，快充一直是商家著力吆喝的賣點之一。最近，美國橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Laboratory)和美國田納西州立大學(xué)(University of Tennessee)的研究人員針對NMC811/石墨體系的快充限制因素進(jìn)行了細(xì)致評估，成果詳見Identifying the limiting electrode in lithium ion batteries for extreme fast ging.Electrochemistry Communications, 2018, 97: 37-41. Electrochemistry Communications是電化學(xué)領(lǐng)域為數(shù)不多的通訊類刊物，目前主編為牛津大學(xué)的R.G. Compton教授。雖然刊物影響因子不高(IF=4.6)，但所發(fā)表論文大多簡潔明快、創(chuàng)新性強，因此受到很多的很多人的喜愛。

亮點：

（1）充分證明了石墨是限制電池快充能力的主要限制因素；

（2）高倍率充電由于石墨負(fù)極容量衰減過快，N/P可能小于1從而容易產(chǎn)生析鋰；

（3）設(shè)計電池快充還要考慮高倍率充電下的擴散問題、鋰鹽消耗、材料選型和負(fù)載量等。

為了進(jìn)一步準(zhǔn)確評估不同充電倍率下正、負(fù)極的容量特性及排除對電極的影響，作者取了50%SOC全電池的正、負(fù)極分別制成對稱電池。圖2A和圖2B分別NMC811和石墨對稱電池的充放電曲線，圖2C為不同倍率下NMC811和石墨容量密度衰減及N/P比變化。與扣電結(jié)果相似，當(dāng)充電倍率高于1 C石墨容量急劇降低，而NMC811則在1/10 C到4C都還有著較好的容量保持。為了避免析鋰，電池設(shè)計時都會讓N/P比大于1。但如圖2C所示，初始N/P=1.15，隨著充電倍率提高石墨容量衰減過快，會出現(xiàn)N/P<1的現(xiàn)象(3 C充電N/P=1，4 C充電N/P=0.5)，從而極易發(fā)生析鋰(圖2D)。

此外，作者還利用對稱電池研究了NMC811和石墨在不同溫度下的EIS譜。對比圖3A和圖3B可以發(fā)現(xiàn)，盡管石墨是限制電池快充能力的重要因素，但其在各測試溫度下均有較小的電荷轉(zhuǎn)移電阻，表明電荷轉(zhuǎn)移電阻不是限制石墨快充性能的因素。圖3C所示不同溫度下NMC811和石墨對稱電池的Arrhenius關(guān)系，其中斜率代表各電極的解溶劑化能。盡管Li+在石墨上的解溶劑化能較小，但考慮到石墨負(fù)極厚度大于NMC811正極厚度，高充電倍率下擴散和鋰鹽消耗將成為限制快充的重要因素。

增大正極負(fù)載量是提高電池能量密度的有效方式之一。但如圖3D所示，對于NMC532，隨著負(fù)載量的提高，高倍率下容量衰減愈發(fā)明顯；而由于NMC811有著更高的體積能量密度，同等負(fù)載量和高倍率下其容量衰減較NMC532弱很多。因此，正極材料負(fù)載量和種類也會影響電池快充特性，電池設(shè)計時也應(yīng)予以考慮。


原標(biāo)題：限制鋰離子電池快充能力因素評估