回答這個問題之前,首先看看這個事情的原理。簡單來講,鋰電池充電過程的反應是這樣的,電池中的離子從正極流向負極,產生能量,充電速度受限於離子移動的速度。如果提高溫度,離子移動速度就會加快,那麼相應的充電速度就會提升。但是提高溫度帶來了新的問題,長時間高溫充電會讓電解液分解,縮短電池壽命。這就需要摸索出一個適當的溫度引數和時間引數。經過反覆測試,王朝陽團隊發現,如果電池能在充電前迅速加熱到60攝氏度,快充10分鐘,然後迅速降溫到環境溫度,那麼就不會形成電池的熱衰減,還能避免嚴重的固體電解質介面膜(SEI膜)增長,後者是電極材料與電解液在固液相介面上發生反應形成的鈍化層。王朝陽說,這個技術關鍵是在特定高溫下快速充電。具體而言,他們對3款動力電池分別在40攝氏度、49攝氏度和60攝氏度下進行了恆溫充電測試,以20攝氏度下充電作為對照,之後將電池拆解來檢查其有無發生析鋰(鋰離子在負極表面的沉積)。結果發現,經過2500次60攝氏度10分鐘的極端快速充電(6C,4.2V),209瓦時每千克(Wh/kg)的高能量密度電池電池仍可擁有91.7%的容量,只有8.3%的容量損耗,這遠遠超過了美國能源部(DOE)的500次迴圈、容量損耗20%目標,並且在充電過程中未發現析鋰。電池自加熱又是怎麼實現的呢?自加熱電池結構圖,Cathode為陰極,Anode為陽極,Elecetrolyte為電解液,Metalfoil指的是鎳箔為了讓電池能夠在快充前迅速加熱到指定溫度,他們在電池內部插入50微米厚度的鎳箔,可有效進行自加熱。電流在低溫時開啟,流過鎳箔,產生熱量。一旦電池內部溫度超過60攝氏度時,就會觸動溫度感測器關閉鎳箔電流。該電池可以在30秒內自加熱到60攝氏度,同時不減弱電池在常溫下的效能和壽命。這一過程既不需要外部加熱裝置的幫助,也不需要在電解質裡新增特別的新增劑。在量產電池上推廣,鎳箔會增加0.47%的成本和1.3%的重量,但由於其削減了目前外接加熱器的需求,所以實際上減少了電池組的成本。最後說結論,在技術上這樣的操作是可行的,但是距真正大規模應用還有很遠距離。因為製造商必須確保迅速升高的溫度是安全且穩定的,並且在傳遞大量能量的情況下不會導致爆炸。這些都需要極其慎重地考慮,並不斷進行測試。技術進步固然重要,人身安全才是第一。
回答這個問題之前,首先看看這個事情的原理。簡單來講,鋰電池充電過程的反應是這樣的,電池中的離子從正極流向負極,產生能量,充電速度受限於離子移動的速度。如果提高溫度,離子移動速度就會加快,那麼相應的充電速度就會提升。但是提高溫度帶來了新的問題,長時間高溫充電會讓電解液分解,縮短電池壽命。這就需要摸索出一個適當的溫度引數和時間引數。經過反覆測試,王朝陽團隊發現,如果電池能在充電前迅速加熱到60攝氏度,快充10分鐘,然後迅速降溫到環境溫度,那麼就不會形成電池的熱衰減,還能避免嚴重的固體電解質介面膜(SEI膜)增長,後者是電極材料與電解液在固液相介面上發生反應形成的鈍化層。王朝陽說,這個技術關鍵是在特定高溫下快速充電。具體而言,他們對3款動力電池分別在40攝氏度、49攝氏度和60攝氏度下進行了恆溫充電測試,以20攝氏度下充電作為對照,之後將電池拆解來檢查其有無發生析鋰(鋰離子在負極表面的沉積)。結果發現,經過2500次60攝氏度10分鐘的極端快速充電(6C,4.2V),209瓦時每千克(Wh/kg)的高能量密度電池電池仍可擁有91.7%的容量,只有8.3%的容量損耗,這遠遠超過了美國能源部(DOE)的500次迴圈、容量損耗20%目標,並且在充電過程中未發現析鋰。電池自加熱又是怎麼實現的呢?自加熱電池結構圖,Cathode為陰極,Anode為陽極,Elecetrolyte為電解液,Metalfoil指的是鎳箔為了讓電池能夠在快充前迅速加熱到指定溫度,他們在電池內部插入50微米厚度的鎳箔,可有效進行自加熱。電流在低溫時開啟,流過鎳箔,產生熱量。一旦電池內部溫度超過60攝氏度時,就會觸動溫度感測器關閉鎳箔電流。該電池可以在30秒內自加熱到60攝氏度,同時不減弱電池在常溫下的效能和壽命。這一過程既不需要外部加熱裝置的幫助,也不需要在電解質裡新增特別的新增劑。在量產電池上推廣,鎳箔會增加0.47%的成本和1.3%的重量,但由於其削減了目前外接加熱器的需求,所以實際上減少了電池組的成本。最後說結論,在技術上這樣的操作是可行的,但是距真正大規模應用還有很遠距離。因為製造商必須確保迅速升高的溫度是安全且穩定的,並且在傳遞大量能量的情況下不會導致爆炸。這些都需要極其慎重地考慮,並不斷進行測試。技術進步固然重要,人身安全才是第一。