电动车快充为何会影响电池寿命?
这其实就像你用针戳水里的气泡,一开始倒还挺平稳的,气泡逐渐多了,水面就变得弥散不清。
我们知道,快充在近些年变得越来越普遍,尤其是在一些公共充电桩上,几乎每个用户都在追求那几分钟搞定电量的体验。
我曾经在实验室里,动手测过一组电池,充电电流很大,达到2C甚至更高,那个时候就观察到,电池的CE(Coulombic Efficiency,库仑效率)明显变差。大概经过了50个充放循环后,CE从98%降到95%。
这多少让我怀疑是不是有什么隐藏的灰尘在搞鬼。
一部分原因,得从析锂说起。快充输入大量的电能,导致石墨负极上的锂离子在界面上不断叠加,最终形成一些死锂沉积,即所谓的死锂。这个过程其实就像是大量倒入水中的油漆,部分油漆不交融只沉积在底部,日积月累,最终成块。
随着死锂的堆积,界面电导变差,电池的容量也会逐步衰减。
我查了之前的资料,感觉这个死锂累积,速度大概是个别样本的估算,快充条件下比慢充快上几倍。粗略算,如果每个充放循环,死锂增加0.02毫摩尔,累计多了之后,电池容量就会明显缩水,而电解液中的分解也会同时变得严重。
这个时候,CE的下降不仅仅是因为化学反应的浪费,更重要的是电池界面材料的劣化。
这个界面其实就像个人的皮肤一样,要保持干净整洁,才能用得久;但一旦频繁搓澡,反复受到化学反应的刺激,皮肤就会变得脆弱。电解液和SEI膜(固态电解质界面膜)就是那层护肤品,一方面保护电极,另一方面也随着时间逐渐变旧变脆。
快充加速析锂,本质上就是让这层膜的质量变差得更快。
我在跟工程师讨论时,他们其实都不太愿意直说死锂的说法——觉得太技术化了,不够通俗,但话又说回来,这恰恰是核心问题。基本逻辑是:快充的高电流产生更大的界面应力,推动锂离子在晶格间越过界面,从而跑偏沉积到无法回收的死锂空间。
那么温度呢?提升温度怎么说?我自己试过,假设在30℃的环境下充放电,激发析锂的行为就比25℃明显。这个提高温度有点像给电池充了个暖气,一方面能让析锂变得更可逆——因为锂的溶解再沉积的反应速率变快,就像水在热锅中更容易循环一样。
这里我还发现,温度升高可能会促进SEI层的重塑,短期看,能减少死锂堆积。
但问题是,温度一升高,电解液的分解速度就会变快。那会导致界面生成的有机和无机产物积累,SEI变得更厚更脆,更难保证长期循环稳定性。于是,我自己得出一个结论:若仅仅追求快充效率,可能会损伤电池的长远寿命,但如果在热管理、添加合适的添加剂方面做好,或许能折衷。
之前跟同行们聊,他们都强调:热管理、界面保护剂的设计非常关键。就像我们用的不同护肤品一样,添加剂其实就是在界面上加强稳定性,减少死锂产生。这也引发我对未来的猜想,也许某种智能温控+界面调控的方案,能显著降低析锂的风险。
少说废话,回到最实在的:我刚查了实验数据,快充条件下,15分钟充满的电池,在充的过程中析锂量会大幅提升。这并非偶然,因为充电电流和温度的共同影响,造成锂离子在负极界面上积压。当死锂超过5%左右,CE明显下降1-2个百分点。
这个数值还是根据我手头的有限样本得出的,粗略估算,但感觉挺靠谱。
你可能会问,这跟我们日常用的快充手机有什么关系?其实不一样,手机电池虽然也快充,但最典型的问题是:逐步衰减、早期容量反复跳水。那是因为手机用的锂离子电池容量小,快充时间短,锂离子飞得快,死锂还没细致观察就发现问题了。
而车用电池,特别是大型模组,堆叠几十个单体,析锂更复杂。其实我一直觉得,为什么不尝试在充电时增加一个缓冲阶段,让电流不要一直保持那么高?这样或许能减缓界面压力,也减少死锂的生成。在工业实际中,这个想法还没有全面实现,但也算是个细节。
某些温控设备比如空调、冷却液,都必须配合使用才能最大程度保护电池。就像你开车时,无论多快,还是得看路况,不然一片堵车,油耗又高,又麻烦。
这个话题其实让我想到,很多人惯了快充,却没有太关注其背后的化学变化。电池的健康很微妙,就像一场静悄悄的战斗。而我一直在想,我们是否可以用智能化的方式,在充电过程中实时检测死锂的变化,然后动态调整充电策略,让技术变得更加温柔。
这也许就是未来的方向吧。但我知道,短期内,工业界更多还是关注成本和效率,真正实现快充+长寿的平衡,还需要时间实验和材料突破。
(这个话题我们稍后再说——可能会带出一些关于界面材料的最新研究结果,也许会更科学点,但我更喜欢用生活中的比喻去理解。
对了,有没有想过:如果我们能在充电过程中用超声波检测界面状态,似乎也能提前发现死锂风险?这就像汽车的胎压检测一样,简单有效。
这个设想还太早,可能要等技术成熟才能真正变成现实。)
回到最实际的:每次快充之后,电池容量的衰减都让我觉得麻烦。能不能搞出一种温和的快充技术?我想,也许未来会在充电基础上加入一些温度调节+界面保护的智能控制,就像给电池穿上一层缓冲袍。
这可能远远比我设想的更复杂,但我觉得,未来的电池设计,会像我们精心呵护的植物一样,追求慢而稳定。
这个问题还精彩得很——只是,想到这里,就产生怀疑:我们真的能调控好析锂的每一个环节吗?或者,只是给自己买个安全垫?但不管怎么说,想得多了,心里始终觉得:要把安全做好,技术不能只追求快,还要考虑长远的健康。
至于那,是否真能实现,还是要时间验证。突然想到,未来的快充,也许会变成有序的‘慢性’快充?呵呵,反正技术的路还长,我才不担心这个。
所以,我一直相信,科技就在我们的反复试验中逐渐突破。而这些微观的变化,才是真正决定未来的关键。
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