俗話說，欲速則不達。這句話用在以前的锂離子電池快速充電上似乎挺合适的，但是從現在開始的将來則不然。

目前電動汽車的锂離子電池的負極一般由石墨組成，而負極則是影響電池充電速度的一個非常重要的因素。

在很多人的印象裡，電動汽車充電慢，排隊充電是硬傷，而快充傷電池也是毫無争議。之前有研究發現每個月使用快充少于3次（包括3次）的電動汽車，電池的壽命在四年内下降約15%；而每個月使用快充大于3次的電動汽車，電池的壽命在四年内下降約20%！

锂離子電池快速充電導緻電池的衰減速度加快，原因是電池内部的锂離子從正極跑到負極時，由于速度太快，造成部分锂離子無法快速的嵌入石墨負極，從而導緻锂電鍍的産生。

锂電鍍的産生使得電池内部能自由跑動的锂離子數量變少，因此造成電池容量下降，電池衰減加速，壽命下降。

既想要快充，又不想影響電池壽命，魚和熊掌，能否兼得？最近學術界和工業界的研發進展證明這并非一個無解的難題。

伊利諾伊大學厄巴納-香槟分校的研究人員在一項發表在學術期刊《Journal of the Electrochemical Society》上新研究中發現快速充電時，锂離子電池除了負極表面有锂電鍍以外，負極内部還會聚集反應産物，結果導緻負極發生某種程度的不可逆膨脹，從而損害電池性能。

在锂離子電池反複快速充電的過程中，他們使用掃描電子納米衍射的技術觀察到在原子水平上，石墨顆粒的另一個顯著變化，石墨顆粒邊緣的原子晶格發生了扭曲，阻礙了锂離子的嵌入，從而導緻無法在短時間内使得負極的锂離子存儲量達到預期，這是锂離子電池無法進行超快速充電的另一個原因。

因此關鍵是要找到方法來防止這種锂離子的損失或以某種方式修改石墨顆粒，以便锂離子可以更有效地嵌入。

最近，中國科學家或已解決這個問題，根據多家研究機構合作發表在學術期刊《Science Advances》上的一篇研究論文結果顯示，通過在锂離子電池的負極上添加銅塗層和納米線以改善排序，從而提高锂離子在負極的嵌入速度。

他們首先使用粒子級理論模型來優化不同尺寸粒子和電極孔隙率的空間分布，接着根據建模數據來對主流锂離子電池的石墨陽極進行改造，他們将銅納米線添加到漿液中，塗布到負極上，經過冷卻，将漿料壓縮成有序的材料。

用這種石墨負極材料制成的锂離子電池，進行快速充電測試時，發現锂離子電池充電至60%隻需5.6分鐘！而充電至80% 也僅僅隻需要11分鐘！

他們沒有進一步測試電池充電到100%需要多長時間，因為80%的充電量是電動汽車锂離子電池建議的充電量。

經過改造的石墨負極，提高了锂離子電池的充電速度，锂離子可以有序的快速地嵌入石墨層中而不會導緻大量的锂電鍍産生從而損失性能。

對于使用石墨負極的锂離子電池來說，11分鐘充電至80%已經屬實不易。

提高充電速度在電池水平上要麼改造石墨負極，要麼換新型負極，比如矽負極，矽的存儲容量比石墨大十倍，因此可以更快速地嵌入锂離子，而越來越多的商用研發也證明了新型的锂矽電池的充電速度非常快，比如以色列的StoreDot初創公司，研發的新型锂矽電池的充電速度5分鐘内可以充電至80%，最重要的是快充不會影響電池的壽命。

當然了，充電速度除了與電池有關系，還與充電功率有關系，現在的充電樁在5分鐘内将電動汽車電池充電至80%已經不是什麼大難題，如廣汽的A480超級充電樁，最大充電功率為480kW，最大電流為500A，可以在8分鐘内将汽車充電至80%，且官方表示高功率快充不會減少電池的壽命。

提升電池的充電速度，在技術水平上要求提升電池的離子導電性，提高锂離子在單位時間内的遷移及在負極的嵌入數量，保證充電速度的同時不會減少電池的使用壽命，這些都正在一一地實現。

本文為科技酷探原創，抄襲必究！

作者為中國科學院博士，美國藤校研究員，科學技術控，接觸一線科技研發，樂于分享，歡迎關注科技酷探。

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