充电五分钟,蹦跶一整天:快充电池是这么回事儿

比克电池2018-05-05 08:36:11

近年来,关于电池快充的大新闻很多,但是其中噱头占了大多数,真正靠谱的技术却一直处于低调的状态。本文就将对快充技术做几个基础的科普。


7C/5C/3C,究竟什么鬼?

   


首先介绍电池充电中的“C”的概念。


电池中的倍率缩写是 Current-Rate——“A C-rate is a measure of the rate at which a battery is discharged relative to its maximum capacity. A 1C rate means that the discharge current will discharge the entire battery in 1 hour.”就是电池在规定的时间内放出其额定容量所输出的电流值,1C 表示用 1 个小时将电池电量放完所需要的电流大小。2C 就表示 0.5 小时放完所需要的电流大小。倍率越大,也就意味着电流越大。


那么快充,顾名思义,一般情况下可以简单化的理解为在小于 1 小时内充电的制度(即充电速率大于 1C)



快充,到底是不是黑科技?

    


电量&电压


电池的充电一般都是靠测量其电压来测定充放电程度的,使用库仑计的是少数,而这种情况下电池充/放电的电量显示实际上只是一个电池实时电压的换算关系。


快充与慢充相比,会带来很大的过电压(电流变大,U=IR,电池内阻会贡献更大的过电压),化学扩散反应也会跟不上,此时虽然电池可能表面上充到了一个高电压值而显示电量很高,实际上并没有充进那么多电,一个实例如下图所示:



该图中,同种材料经不同优化工艺后,倍率性能不同(左差右好),在 5C 高倍率充放电制度下虽然都充到了 4.5V(体现为充“满”),但是实际上可用的容量差别很大,一个为 75mAh/g,一个为 108mAh/g。

“满”电究竟什么概念?




所以实际上,任何电池其实都能快充充“满”电,在这里的“满”其实只是电压提了上去,无法与充入的电量 / 能量直接线性比例地对应起来。


而且在这些时候,大电流充电会导致焦耳发热效应加剧(Q=I2Rt),并带来电池内的材料副反应分解、产气等一系列问题,危险系数骤然增加,至于此条件下电池的寿命就更不用提了,非功率型电池的寿命必然会大幅缩短:因此其实是大部分厂家自己为了安全可靠,出于综合考虑,厂家设计了电路为电池限定了充电电流的上限,不让大家使用快充。

怎么实现快充?




所以如果电池想要快充,对于其功率相关的性能要求也就更高,内阻低就是很重要的一条(Q=I2Rt,小的电阻值 R 可以减少焦耳发热量)。


在这种情况下,使用高电导的电极材料(碳包覆,改性提高锂扩散系数,减小粒径缩短扩散路径)、使用更多的导电剂、涂布更薄的电极(让传质扩散距离变短)都是典型的功率快充型电池的设计思路。

“真”快充




满足上条所述特性的功率型电池,比起能量型电池更为适合快充。


这意味着其内阻小,充电发热量低,副反应更少,安全性能更好,比起能量型 / 那些大部分不适合快充的电池,在大电流快充时其电压与充入电量 / 能量的对应关系更优。


通俗的讲就是:发热少,更安全,真的能充进那么多电,而不是只是显示着好像能充进去。

基本判断依据




一个简单判据,如果有人吹嘘他的快充技术,你一定要折算一下充电功率,然后看看这个充电功率需要对应多粗的电线,单这一条判据就足够筛走 90%不靠谱的快充假新闻了。