溫度升高加速電池老化

　　快速充電時(shí)，充電設(shè)備會(huì)以高于標(biāo)準(zhǔn)充電電流數(shù)倍甚至數(shù)十倍的電流為電池充電。大電流的通過(guò)會(huì)使電池內(nèi)部產(chǎn)生大量的熱量，導(dǎo)致電池溫度急劇上升。我們都知道，化學(xué)反應(yīng)的速率通常會(huì)隨著溫度的升高而加快，電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)也不例外。當(dāng)電池溫度升高后，電池內(nèi)部的各種化學(xué)反應(yīng)加速進(jìn)行，這就如同給電池的老化按下了 “快進(jìn)鍵”。在高溫環(huán)境下，電池的活性材料會(huì)加速分解，電極材料的結(jié)構(gòu)也會(huì)逐漸遭到破壞，從而影響電池的性能和壽命。

　　例如，當(dāng)電池溫度長(zhǎng)時(shí)間處于較高水平時(shí)，電池中的電解液可能會(huì)發(fā)生分解，產(chǎn)生氣體，導(dǎo)致電池內(nèi)部壓力增大，進(jìn)而使電池的密封性受到影響。此外，高溫還會(huì)使電極材料的晶格結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，降低鋰離子在電極材料中的嵌入和脫出效率，最終導(dǎo)致電池容量的下降。而且，一旦電池溫度超過(guò)了其正常工作范圍，散熱系統(tǒng)如果無(wú)法及時(shí)有效地將熱量散發(fā)出去，就可能會(huì)引發(fā)熱失控，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致電池起火、爆炸等安全事故。

　　電芯極化現(xiàn)象加劇

　　在快速充電過(guò)程中，大電流的通過(guò)會(huì)加劇電池內(nèi)部電芯的極化現(xiàn)象。所謂極化，是指在電池充放電過(guò)程中，由于電流的存在，電極電位偏離其平衡電位的現(xiàn)象。當(dāng)極化現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，電池的內(nèi)阻會(huì)增大，這意味著在相同的電流下，電池內(nèi)部產(chǎn)生的熱量會(huì)更多，進(jìn)一步加劇了電池的溫度上升。

　　隨著極化現(xiàn)象的加劇，電池的充放電效率會(huì)降低，電池的實(shí)際可用容量也會(huì)隨之減少。電極偏離平衡電位的程度越大，電池在充放電過(guò)程中所需要克服的能量障礙就越高，這就使得一部分電能無(wú)法有效地轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)，或者在放電時(shí)無(wú)法完全釋放出來(lái)，從而導(dǎo)致電池容量的損失。而且，長(zhǎng)期處于高極化狀態(tài)下的電池，其電極材料的性能會(huì)逐漸惡化，最終影響電池的整體使用壽命。

　　電芯析鋰現(xiàn)象產(chǎn)生

　　快速充電還容易導(dǎo)致電池內(nèi)部電芯出現(xiàn)析鋰現(xiàn)象。在正常的充電過(guò)程中，鋰離子會(huì)有序地嵌入到負(fù)極材料中。但在快速充電狀態(tài)下，由于電流過(guò)大，鋰離子來(lái)不及均勻地嵌入負(fù)極材料，就會(huì)在負(fù)極表面直接析出金屬鋰。這是因?yàn)樵诳焖俪潆姇r(shí)，電池內(nèi)部的溫度分布不均勻，正極溫度高于負(fù)極，導(dǎo)致負(fù)極溫度過(guò)低，從而引發(fā)析鋰效應(yīng)。

　　析鋰現(xiàn)象對(duì)電池的危害是多方面的。首先，析鋰會(huì)減少電池中鋰離子的數(shù)量，而鋰離子是電池實(shí)現(xiàn)充放電功能的關(guān)鍵物質(zhì)，鋰離子數(shù)量的減少直接意味著電池容量的降低。其次，析出的金屬鋰是一種非?；顫姷慕饘伲陔姵貎?nèi)部可能會(huì)與電解液等其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)一步破壞電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和化學(xué)平衡。而且，隨著析鋰現(xiàn)象的不斷積累，金屬鋰可能會(huì)形成鋰枝晶，鋰枝晶會(huì)不斷生長(zhǎng)，當(dāng)它生長(zhǎng)到一定程度時(shí)，就可能會(huì)刺穿電池的隔膜，導(dǎo)致正負(fù)極短路，引發(fā)電池?zé)崾Э?，?yán)重威脅電池的安全。

　　電極材料結(jié)構(gòu)變化

　　一項(xiàng)由阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和伊利諾伊大學(xué)厄巴納 - 香檳分校聯(lián)合進(jìn)行的研究揭示了電動(dòng)汽車(chē)快速充電對(duì)鋰離子電池性能衰減的深層次原因。研究發(fā)現(xiàn)，在高速率充電下，不僅僅是電鍍效應(yīng)，電池在充放電過(guò)程中陽(yáng)極的化學(xué)反應(yīng)也扮演著關(guān)鍵角色。在石墨電極中，即使是少量的高倍率循環(huán)也會(huì)造成顯著的無(wú)序，影響鋰離子的嵌入和電鍍過(guò)程。這種無(wú)序并非均勻分布在顆粒內(nèi)部，而是呈現(xiàn)出反應(yīng)異質(zhì)性，對(duì)電池的長(zhǎng)期可靠性構(gòu)成挑戰(zhàn)。

　　研究人員通過(guò)掃描電子納米衍射技術(shù)觀察到，石墨顆粒在原子層面的結(jié)構(gòu)扭曲，使得鋰離子在嵌入過(guò)程中遭遇阻礙。電池充電速度越快，石墨原子網(wǎng)絡(luò)的扭曲越嚴(yán)重，阻礙了鋰離子的移動(dòng)，這是導(dǎo)致性能損失的關(guān)鍵因素。在快速充電中，不僅陽(yáng)極表面會(huì)出現(xiàn)電鍍，內(nèi)部孔隙中也會(huì)積累反應(yīng)產(chǎn)物，導(dǎo)致陽(yáng)極膨脹，從而損害電池性能。這些電極材料結(jié)構(gòu)的變化，都直接影響了電池的容量和性能。

　　雖然快速充電為電動(dòng)汽車(chē)用戶帶來(lái)了極大的便利，但從上述分析可以看出，它確實(shí)會(huì)對(duì)汽車(chē)電池的容量產(chǎn)生負(fù)面影響。為了保護(hù)電池，延長(zhǎng)其使用壽命，車(chē)主在日常使用中應(yīng)盡量遵循 “日常慢充、緊急快充” 的原則。在家中有條件安裝家用充電樁的情況下，優(yōu)先選擇慢充，因?yàn)樵谕瑯颖盹@ 100% 的情況下，慢充的續(xù)航會(huì)比快充多 15% 左右，這是由于快充時(shí)電流大、電池溫度上升、化學(xué)反應(yīng)不充分導(dǎo)致的 “虛電”。同時(shí)，要按照車(chē)輛使用說(shuō)明正確充電，避免過(guò)度充電和頻繁快充，以確保電池能夠保持良好的性能和健康狀態(tài)。隨著電池技術(shù)的不斷發(fā)展，相信未來(lái)會(huì)有更好的解決方案來(lái)平衡快速充電與電池壽命之間的關(guān)系，讓電動(dòng)汽車(chē)的使用更加便捷和可靠。