要说明的是,本篇文章是纯技术解析文章,我不是材料学的专家,以下信息是通过查阅各方面的电池技术材料,并且询问了清华大学材料学和武汉理工大学材料学的相关领域博士,得到的一些结果。
快充中的电池温度达到多少就会“谋杀”电池?
这是从五一劳动节回来之后我一直在琢磨的问题。起因是看到了一条炸屏的信息,一家非专业测试的组织,在某品牌汽车正在快速充电的时候检测了磷酸铁锂电池内的温度,电芯局部温度飙到76.4℃,正极柱71℃,说是会严重损伤电池。这一数据迅速引发了舆论的恐慌:快速充电能达到70℃!这简直是电池的“焚尸炉”。
一夜之间,满屏全是这种推送,朋友圈、短视频、车友群,哪哪都在讨论这事。
OK,今天我不是来讨论这个测试是否有策划的问题,而是从新材料的使用上,来讨论一下如今的电动车企业和电池制造企业,是如何来给电池降温,或者说如何来保证电池工作的时候,维持在一个相对安全的温度的。
首先,测试中提到的电池内温达到了76°C以上,这个温度叫高温吗??
其实,磷酸铁锂这个材料,跟三元锂电池不一样,它的热分解温度有多高?需要达到700℃到800℃,其内部结构才开始坍塌并释放锂/铁,并且晶体形态才会被破坏。所以,70℃-80℃对磷酸铁锂来说只是充分充放电的高效工作温度区域,这也是工业中普遍常用的窗口温度。
第二,如今汽车企业都在普及快充,新技术之下,快充产生高温会降低电池寿命吗?
快充与发热,这貌似是天生的组合——毕竟我们都经历过快充手机发烫的情况,感觉这种发热肯定是不好的,而慢充相对手机温度要更好控制。
而在传统的锂电池理论中,温度确实是“万恶之源”,尤其是针对电解液,高温简直就是催化剂和破坏本源。传统电解液主要由导电锂盐(LiPF6六氟磷酸锂,大概占比10%~15%)和碳酸酯类有机溶剂(如环状碳酸酯,链状碳酸酯,占比70%~85%)组成,它们确实非常“娇气”。当温度升高,电解液的饱和蒸气压随之升高。在高温下,传统配方极易沸腾、气化,导致电池鼓包。而负极表面的SEI膜(固体电解质界面膜)是保护电池的“盾牌”。但在高温下,这层膜会逐渐分解,导致电解液与负极直接反应,消耗活性锂,电池容量也随之迅速衰减。此外,高温还会促使锂盐分解产生氟化氢(HF),这种强酸会腐蚀正极材料,让电池结构崩塌。
所以从这一点来看,高温确实是我们传统汽车电瓶和电动自行车电瓶用3-4年就明显衰减,必须更换的原因之一。
那么,如果还是用老技术,快充产生的高温绝对是在“慢性自杀”。但问题在于,汽车企业用的还是“老技术”吗?如果是这样,比亚迪、宁德时代、理想、小鹏还在拼命研发快充技术,究竟是为什么?
我们先来看看电池业的老大宁德时代,看看它是如何控制大电流充电与温度之间矛盾的。宁德时代最新的快充电池(如神行、麒麟)采用了正负极表面改性技术,它的技术哲学是:从根源上扼杀热量。
宁德时代在正极材料上构建“超电子网”,作用就是降发热、提倍率;而在负极表面进行“快离子环”修饰。这就好比把原本拥堵的单车道变成了8车道高速公路,锂离子嵌入和脱出的速度极快,内阻极低。
内阻小了,根据焦耳定律,产热自然大幅降低。再搭配纳米化+梯度结构+人工SEI,在降阻抗、提离子/电子传导、防析锂、稳界面这四点同时突破,可以支撑4C–15C超充与长寿命,据说循环次数可以达到4000次以上,也就是说每天充一次电,电池可以用11年左右。
再来看看现实中使用电池最多的比亚迪,根据最新的技术解析,比亚迪第二代刀片电池之所以敢叫板“高温恐惧”,是因为它解决了一个核心矛盾:虽然电流大,但内阻降得更多。
首先,比亚迪并没有使用传统的电解液。他们采用了65%羧酸酯溶剂,17%复合溶质做出来25度电导率18毫西的电解液。这种配方大大提高了电解液的沸点和热稳定性,即便在高温下,也不会像传统电解液那样剧烈气化或分解,并且创造出了高电导率。
并且比亚迪重构了电池的正负极,磷酸锰铁锂(LMFP)复合正极的耐热性更高、晶格更稳定,高温下氧释放与铁溶解大幅减少,60–80℃环境衰减率下降40%以上。而比亚迪在负极表面构建了90%高稳定性的SEI膜。这层膜就像给负极穿上了一层“防火服”,即便电解液温度升高,这层膜依然能阻止副反应的发生。所以负极阻抗降低,快充析锂风险几乎消除,从而保护了负极不被腐蚀。
以上只是解释了从材料角度上,新一代的电池如何“骗过”物理定律的,还有电池内部电芯结构以及温控管理等多个办法,解决和控制电池发热的问题。
所以,此前汽车行业内“快充”与“寿命”的矛盾从根本上讲,现在已经是不存在的了,现在的矛盾则是“耐热路线”与“低阻路线”的电池技术路线之争。电池的技术发展理论上是处于不断上升,不断更新的状态,对于消费者而言,无论是哪种路线,只要是通过正规大厂验证、有完善质保承诺的技术,快充和闪充都不会成为缩短电池寿命的元凶。真正的寿命杀手,从来都不是充电模式本身,而是劣质的电芯和失控的BMS(电池管理系统)。

