动力电池技术新突破 全气候环境实现15分钟快充

美国宾州州立大学王朝阳教授团队在锂离子电池快速充电领域取得重大突破。该团队通过一种新型的电池结构和充电策略，实现了动力电池在任何温度下的快速充电。即使在零下50度的极端环境中，该技术依然能够实现15分钟快充，并具有超过4500次的超长循环寿命。该技术为电动汽车快充确立了新的行业标杆，相关成果于近日发表在美国科学院院刊《Proceedings of the National Academy ofSciences》(PNAS)上。PNAS是与自然(Nature)、科学(Science)齐名，被引用次数最多的综合学科期刊之一，已有百年历史。

快充是实现电动汽车普及的最重要手段。目前全球各国都在大力推进高功率快充电站的建设，预计至2025年全球电动汽车快充市场规模将超过3000亿人民币。然而，当前所有电动汽车的实际充电速度都极大地受制于环境温度。王朝阳教授团队成功开发了一种新型的电池结构和充电策略。该电池包含一个轻巧、成本低廉的内部加热结构，并通过开关智能地控制充电电流的流向。当电池温度低于室温时，所有电流自动流入内部加热结构，使电池迅速升温，温升速率高达1度每秒。当电池加热到高于室温后，将自动切换至充电模式，充电过程中电池温度始终高于室温，从而有效地消除了析锂，实现了全气候快充。在PNAS论文中，该团队采用10安时动力电池进行实验，结果表明在零下50度仍然能在15分钟内充入80%的电量。在0度条件下进行快充寿命实验，电池在4500个快充循环后仍然保持80%的容量，即使电池每天一充，仍将拥有超过12年的寿命。将循环实验的总放电容量换算成续航里程，相当于50万公里，已经远远超过了目前燃油车的寿命。

王朝阳教授表示，“全气候快充同时解决了电动汽车的四大焦虑，即续航里程焦虑、充电时间焦虑、成本焦虑和安全焦虑”。目前，该技术已得到了美国能源部的认可和商业化资助。不久该团队将继续披露10分钟快充数据。

图1. 实现不受温度影响的快速充电基本思路。A) 美国各个州的冬季平均气温;B) 现有文献中，不同温度下循环寿命的相关数据(以25 ºC进行归一化处理);C-E) 用于无锂沉积电池的快速充电可控单元结构的原理示意图。

图2 快速充电自加热电池内部结构示意图

Xiao-Guang Yang, Guangsheng Zhang, ShanhaiGe and Chao-Yang Wang, Fast Charging of Lithium-ion Batteries at All Temperatures, PNAS, DOI:10.1073/pnas.1807115115