電池快充技術的案例
未來電動車電池的平均壽命只有5年?誰是罪魁禍首
Farid指出，由于近年來提升電動車續航里程數的需求愈發強烈，業內逐步轉向富鎳化學電池轉型。然而，不幸的是，提升能量密度（續航里程）卻是以犧牲使用壽命為代價的。
其次，電動車快充技術也將縮短電池的使用壽命。如今，許多地方安裝了50 kW、150 kW乃至350 kW的直流快速充電站，充電時間可縮短至20分鐘，但充電過程中的熱量會導致電池陽極與陰極發生分解反應（decomposition）。當充電速度提升三倍時，電池的降解速度也將隨之提升。
最后，風冷設備的使用將導致電池降解速率加快。如今，許多車企采用被動式風冷系統取代液冷系統，但該類系統會導致電池內部發熱，風冷導致的降解速度是動態液冷電池的兩倍。
如今，業內也認識到快充技術相關的電池發熱及降解問題，其力圖采用熱管理方案來緩解快充技術所帶在的電池發熱問題。奧迪就為其新款e-tron車型配備了蓄電池熱管理方案，以便支持150-kW快充技術，而保時捷則計劃為Taycan推出350-kW快充技術。
Farid認為，大多數消費者期望在8年后才更換其車載電池。顯然，換電池比換車劃算得多。未來，許多電動車車主或許要每隔4-5年換一次電池，但如果購買的是日產、寶馬或雷諾的電動車，其電池更換成本在8000美元左右。
若車主不愿更換電池，將在五年內損失車輛轉售價值的70%。屆時，電池是電動車唯一一個故障部件，若只更換電池，可以節省很多錢。（本文圖片選自designnews.com）
展開 Ioniq 的快充曲線和電池接口
圖4 E-GMP的高壓接口出來的方式
在后面的驅動器上面，現代集成了一個專門的配電盒，一路從高壓充電接口輸出的線，在這個集成的PDU里面和電池到逆變器的輸出接口進行橋接，在這個小的盒子里面，可能需要放置2個快充接觸器。
圖5 高壓接口的配電方式
在這里有一個直接的問題，有不少的車企是通過電池包實現前后配電，等于要實現電池包內走長銅排或者長導線這樣的事情，這勢必會壓縮電池可布置的整體空間范圍。
小結：圍繞電池包的高壓走線的做法，也是一種比較簡潔的路子，這個在通用的BEV3的電池系統設計也看到，其實核心是快充口布置在那里，還有動力總成方面的以后前驅、后驅、四驅和高性能四驅幾種不同的驅動方式，對于電動汽車的銷量分配和設計權重是多少，這個決定了我們的高壓架構出線怎么走，高壓接口怎么布置，里面的保護器件怎么來弄。
展開 沃爾沃的電池迭代和快充展望
昨天晚上看了沃爾沃的科技日，包含的內容包括自動駕駛、軟件和計算平臺，互聯網體驗，當然對我而言最重要的這部分是電池和快充。主要的內容有幾個：
沃爾沃的迭代分了三種系統，非平臺標準模組Pack、平臺標準模組Pack和CTP方案的Pack
沃爾沃要進入外采和內置的方案，基本的策略和大眾對標，2024年開始導入自己的電芯
快充方面也做了很多的努力，快充功率翻倍，快充時間減半
第一部分整體策略
如下圖所示，分別代表目前的XC40的第一代油改電電池系統，第二代標準的模組系統，按照數量來看，模組的數量為17個模組，模組的大小也是往橫向布置的大眾模組的方向改動。而第三代就采用了類似無模組CTC的方案了，打破了模組的限制，直接在Pack里面堆疊電芯，所以也要把電芯In-house完成，否則就要采購Pack或者運輸大量電芯。按照沃爾沃的說法，可以進一步提高續航里程，利用電池結構提高車輛整體剛度并提高集成效率。
備注：目前來看歐洲車企主要賣的這一代還是這種，預期壽命能到2023年左右，但是特斯拉引發的CTC還是基本落實到了車企的技術規劃
圖1 沃爾沃的三代電池系統
現在的情況對于LG的軟包方案來看，非常不利，歐洲的主要車企都從軟包開始轉了。Volvo的Gen2是用方殼（方殼的寬度似乎還是在148mm左右），Gen3也是用方殼。
圖2 沃爾沃的電池模組
目前從BMW、Daimler到Volvo都非常堅持用薄的小電芯，以至于BMW在Inext上做了很多的電芯并聯，這個目前是不是歐洲車企堅持不肯妥協的點，還是不確定的。當然這個可能也和歐洲覺得以后都是800V系統取代400V，如果是這樣的話，單體的容量小1/2，確實不需要大容量電芯。
展開 鋰電池思考：現今的電動汽車能快充嗎？
而這些發展瓶頸期的問題，并不影響快充技術和提高能量密度依然是未來的技術發展方向。
“只有將安全指標標準化、規范化之后，技術發展才會更容易確定哪些是更安全的，哪些是不安全的。”Han表示。
另一方面，高能量密度意味著需要高密度的材料，高密度的材料將會決定儲存電能的大小。當一種材料能做到的厚度達到安全極限卻還低于人們期望的時候，很多人將目光轉向尋求新的材料。王子冬認為，如果沒有材料上突破，突破高能量密度這一問題，將會在瓶頸期會停滯很長的時間，10年或50年都有可能。
而對于最近很火的石墨烯、納米材料等，其魯卻并不看好。他表示，包括此前使用的硫酸亞鐵鋰在內，這些材料實際上都是低密度材料，而三元材料多元材料等密度則高很多，未來甚至還能將密度做得更高。
“從材料角度看，石墨烯導電性能好，但由材料推導到電池再推導到電動車上，概念能一樣嗎？”其魯說，“納米材料在這個領域當中不會有什么具體應用。”
不管是快充還是高能量密度，其魯認為一定要戒驕戒躁、保持警惕，尤其對類似固態鋰電池這類能保證能量密度、使用又安全的技術，在沒有很好電導率的電解質材料出現之前，對這類電池的產業化不應抱有太多期望。
“我們還是要全力以赴發展出我們可行的技術，我認為最重要的是我們‘明天的技術’。”其魯表示。（來源：澎湃新聞網）
展開 
《ESM》：鋰離子電池正極材料快充的循環性能研究
，然而，在正極方面與快充相關的關鍵問題還沒有得到充分的探討，因此對于全面理解快充下的電池老化，仍然缺乏深入的了解。
鈉金屬和鋰金屬電池快充/快放機理對比
二、Na金屬的沉積/剝離行為為了研究放電倍率性能，Na||Cu電池使用一種協議進行測試，其中充電電流（即金屬沉積）保持恒定在0.5 mA/cm，并且隨后放電步驟（即金屬剝離）在0.5到10 mA/cm之間變化（圖2a）。結果表明，電池在2 mA/cm具有正常的剝離行為，放電電壓趨平（圖2b，c）。在更高的電流密度下，放電過電位顯著增加（圖2b）；有趣的是，快速放電中損失的容量在低倍率下仍然可用。例如，在以5mA/cm放電結束后（達到1 V），電極可以進一步以0.5mA/cm的低電流放電，最終恢復93.9%損失的容量（圖2d）。此外，發現低倍率放電過程重新激活電極以進行快速放電。
圖2.（a）鈉金屬電極的倍率性能測量示意圖；（b，c）Na||Cu電池以0.5mA/cm充電，然后在不同電流密度下放電的電壓曲線和CEs；（d）Na||Cu電池在0.5mA/cm下充電，5mA/cm下放電，然后在0.5mA/cm充電的電壓曲線。三、鈉沉積/剝離過程中形貌此外，為了了解鈉金屬負極的放電倍率性能，探究了鈉沉積/剝離過程不同階段的鈉形貌。該Na金屬層可以在0.5 mA/cm以接近100%的高CE下完全剝離，當以3 mA/cm的高電流密度剝離時，只能獲得約30%的低CE（圖2c)。作為對比，本文還將0.5mA/cm的低電流下剝離已沉積的Na金屬薄膜，達到30%的截止CE，剩余的Na在靠近Cu的區域表現出致密的結構（圖3c)。結果表明，在低電流時，金屬Na層來重構的底部成更致密的結構，加強了與銅的電接觸，使其能夠完全剝離Na。然而，在高電流下，Na保持初始晶須結構，底部的Na剝離導致大孔隙，惡化Na層與Cu之間的電接觸，從而抑制進一步剝離（圖3 d）。由于沉積的Na層的多孔結構允許電解液滲透，因此可以在Cu附近剝離Na。
圖3.
展開 Ioniq 5所開啟的800V快充電池競爭
在韓國BASTRO Power Station 的一段視頻非常有趣，是韓國人把現代 Ioniq 5電池系統給拆開了，在Pack層級做一些展示。但這個視頻沒法下載，我按照我解讀的方式來做一些整理，主要基于電氣方面的設計。
現代特意在宣傳過程中把所有的高壓銅排，連接線做了黑色化處理，顯得比較美觀；實際拆解時是橙色線纜，這個電池包整體的工程美感又降低了一些。
圖1 Ioniq 5 的電池系統設計
備注：我想認真地說一句，目前快充在國內的競爭已經進入白熱化的境地，也就是說如蜂巢所披露的這個Roadmap大概率是中國企業的進入圍繞快充電芯的競爭進度表。隨著電動汽車在高速公路去排隊充電，這種快充可以立竿見影的解決問題，是一種重要的秀肌肉的方式。
圖2對高壓的800V電氣設計影響很大
一、Ioniq5的電池設計
EMP平臺的配組方式，我們可以羅列一下，單個模組的電量為2.42 kWh，所以目前有3個版本可以配置：
1）58kWh 這是一個基礎的配置版本，24個模塊，288個電芯
2）72.6kWh（450kg，161Wh/kg）這是30個模塊配置，360 個電芯
圖3 在中間少加了兩個模組
3）77.4kWh，其中77.4kWh，384 個電芯
從EMP的設計來看，還是用的是模塊設計的思路；從目前的設計走向來看，EMP可能會有一個快速的切換——從這種標準模組的方式切換到比較大模組的設計。
我覺得在電動汽車的設計中，有一個本質的問題，你要不要PDU？
PDU是什么，其實本質是幫助電池系統分線的，如果只設計一個BDU，把電池作為一個管理所有高壓電氣源頭的輸出，那么你就要在電池內部來分線，你沒有這個前提，PDU始終要存在的。把PDU干沒了，是需要付出電池系統內部走線的代價的。
展開 三星SDI推新型電動汽車電池 大容量快充
據韓聯社1月14日報道，韓國主要電池制造商三星SDI公司表示， 將在2019年北美國際汽車展上推出其最新的電動和混合動力車電池系列。此次車展將于1月14日至27日在密歇根州底特律舉行
三星SDI將以“Charged for Auto 2.0”為主題，推出其面向電動汽車和插電式混合動力汽車的快速充電、大容量電池，以吸引全球汽車制造商為其電動汽車量身定制產品的興趣。Charged for Auto 2.0概念是由美國投資銀行高盛(Goldman Sachs)于2017年提出的，是指以電動汽車和自動駕駛汽車為主導的新一代汽車產業，結合新的商業模式，為共享經濟服務。
此外，三星SDI還計劃公布其固態電池的業務路線圖。固態電池相比液態電解質的鋰離子電池更安全，而且具有更高的能量密度。該公司此前表示計劃在密歇根州建造一個價值6,270萬美元的大容量電池組制造工廠，這是美國首個此類工廠。
可再生能源市場研究公司SNE Research的數據顯示，到2025年，全球電動汽車預計將達到2,200萬輛，較今年估計的610萬輛大幅增長。
展開 鈮鎢氧化物有助研制更安全快充電池
科技日報北京7月30日電 （記者劉霞）據英國劍橋大學官網近日消息，該校研究人員在最新一期《自然》雜志上撰文指出，鈮鎢氧化物擁有更高的鋰通過速度，可用于研制更快速充電的電池，而且，該氧化物的物理結構和化學行為有助他們深入了解如何構建安全、超快速充電電池。
在尋找新電極材料時，研究人員通常嘗試使材料顆粒變得更小，但制造含有納米粒子的實用電池很困難：電解液會產生更多不必要的化學反應，因此電池的使用壽命不長，而且制造成本也很高。最新研究中使用的鈮鎢氧化物具有堅硬而開放的結構，其不捕獲插入的鋰，并且粒子的大小比許多其他電極材料更大。
研究第一作者、劍橋大學化學系博士后研究員肯特·格里菲斯解釋說：“許多電池材料都基于相同的兩個或三個晶體結構，但這些鈮鎢氧化物根本不同。氧化物通過氧氣‘支柱’保持打開，使鋰離子能以三維方式穿過它們，這意味著更多鋰離子可以穿過，且速度更快。測量結果也顯示，鋰離子通過氧化物的速度，以比在典型電極材料高幾個數量級。”
除了高鋰遷移率外，鈮鎢氧化物也易于制造。格里菲斯說：“許多納米粒子結構需要多個步驟來合成，但這些氧化物很容易制造，不需要額外的化學品或溶劑。”
目前鋰離子電池中的大多數負極都由石墨制成，石墨具有高能量密度，但當以高倍率充電時，往往會形成被稱為“枝晶”的細長鋰金屬纖維，這會造成短路并導致電池著火，甚至發生爆炸。
格里菲斯說：“在高倍率應用中，安全性比其他任何操作環境都要重要。對于需要更安全的石墨替代品的快速充電應用而言，這些材料以及其他類似材料，絕對值得關注。”
展開 中山大學《ESM》：抑制鋰枝晶，一種用于快充鋰金屬電池的人工SEI膜
（文：李澍）
圖1 快充過程中各種人造SEI膜演變示意圖
圖2 單離子導電聚合物刷的物理表征測試
圖3 鋰金屬電池的電化學性能測試
圖4 鋰金屬電池負極形貌對比
圖5由單離子導電聚合物刷SEI膜修飾的鋰金屬電池的電化學性能
本文來自微信公眾號“材料科學與工程”。歡迎轉載請聯系，未經許可謝絕轉載至其他網站。
東芝研發出新型鋰電池：快充6分鐘可行駛320公里
據日本共同社報道，東芝公司26日透露，已開發出可快速充電且長壽耐用的新型鋰離子電池。據悉用于小型電動汽車（EV）時，快充6分鐘可行駛320公里，約為過去的3倍。東芝力爭在2020年代前半期實現量產。
已確認該電池即使反復充放電5000次，仍可維持9成以上的電池容量。電池壽命增加使得二手EV的價值也不會大幅降低，負責人宣傳稱“這是兼具便利性與經濟性的電池”。
以稀有金屬“鈮”為材料之一的氧化物用作電池的負極，實現了電池的大容量。鈮還被用于汽車鋼材的添加劑等以提升耐久性。為實現新型電池的量產，東芝與巴西的礦山公司及雙日公司啟動了負極材料的共同開發。
東芝為鈴木和三菱汽車提供汽車電池，但與松下等相比影響力較小。東芝認為隨著“共享汽車”的擴大，快充電池的需求會增加，欲借此扭轉局面。
展開 
不同快充方案的技術對比
但是細心的小伙伴也許會注意到，即使像“某廠商研發出石墨烯超強電池……”這類的新聞早在幾年前就傳播的鋪天蓋地，電池始終沒有得到太大的發展。
電池行業的停滯不前，卻帶動了快充行業的高速發展——短短幾年間，快充就從原本的10w再到目前最高的40w超級快充。
快充的發展就猶如一列特快直達的高鐵，突飛猛進。不過，雖說都是快充，各家平臺的差別也是十分大的。今天，阿森就帶大家來看看不同平臺的快充，有著什么樣的差別。
快充，顧名思義就是快速充電啦，它是指通過技術手段，調整手機的電壓與電流的輸入值，進而縮短手機的充電時間。
目前市面上的主流的快充模式有高電壓恒定電流、低電壓高電流、高電壓高電流三種模式。
對于這三種快充模式，每個廠商都有不同的選擇，因此衍生出了多重的快充協議。其中市面上較為主流的有高通的QC3.0，聯發科的PE協議，oppo、vivo的閃充，華為的快充技術等。
高通QC協議
高通QC協議是目前智能手機最為普遍的快充方案，這也許與高通SOC稱霸手機市場有關。
高通四代的快充協議，都是通過增大電壓的方式，去實現快速充電。但是我們要明白，如果電壓相應的提高，為了確保充電設備的安全，相應的電流會有所下降。這是不可避免的。
前兩代的QC協議快充，其實從技術上說，并無太大的變化。從1.0的10w快充，再到2.0可以兼容最大3A的電流標準以及5V/9V/12V/20V四檔充電電壓。
高通的QC協議發展到第三代才是被廣泛應用的時候，也是目前智能手機應用最廣的快充協議了。
展開 新能源電池技術之固態電池
不論是新能源車或儲能設備，最重要的關鍵零部件之一就是電池，這幾年電池行業的一項挑戰就是拉高能量密度、追求更安全的方式，不論是嘗試新的正極、負極材料；或是提高鎳錳鈷（NMC）三元電池鎳的比重；也有人致力于研發不同于傳統鋰電池的技術，像是使用氫燃料電池的氫能源車。而固態電池（Solid-State Battery）就是被視為是下世代的電池技術。
1.什么是固態電池？
全固態電池到底是一種什么樣的技術？
如果通俗地講，全固態電池就是里面沒有氣體、沒有液體，所有材料都以固態形式存在的電池。
而考慮到現在人們日常生活中最為常見的電池為鋰離子電池，我們在這里將默認把“全固態鋰離子電池”當做全固態電池的代表（暫時忽略全固態鋰硫等新型電池）。
一般來說，鋰離子電池主要由正極、負極、隔膜、電解液、結構殼體等部分組成，其中電解液使得電流可以在電池內部以離子形式傳導。
電解液技術是鋰電池的核心技術之一，也是現在電池工業中利潤很高的一個組成部分。
鋰離子電池的結構示意圖
其中Li+（鋰離子）在內電路中，通過電解質（electrolyte）傳導
但是鋰電池用久后有的會鼓脹，而在更極端的小概率事件下，有的甚至會發生危險（比如近來的扭扭車的電池爆炸事件，導致了相關的生產企業和電池企業遇到了全面的困難）。
另外一般來說，現在的鋰離子電池的工作溫度范圍有限，在40 度以上的高溫下壽命會急劇縮短，安全性能會也出現很大的問題（所以特斯拉MODEL S會有一套嚴格的電池溫控系統，就是為此）。
實際上，以上所說的幾個安全方面的問題都是與我們現在電池用的有機體系的電解液直接相關的。
而為了解決電池安全問題，提高能量密度，目前科研界和工業界都在研發以及生產全固態電池，也就是把傳統的鋰離子電池的隔膜和電解液，換成固態的電解質材料。
展開 本田研發出新電池技術 能量密度是鋰離子電池10倍
據汽車新聞網站Left Lane News報道，本田一科學家團隊表示已經研發出了一種新型電池技術，能量密度是鋰離子電池技術的10倍以上，今后新技術可以代替鋰離子電池，成為電動汽車能量來源的新選擇。
本田研究所（Honda Research）、加州理工學院（California Institute of Technology）與NASA噴氣推進實驗室（Jet Propulsion Lab）的科學家們周四宣布，他們研發出了一種更為溫度穩定型的氟化物離子（fluoride-ion）電池技術。新技術生產的電池不僅是當前鋰離子電池能量密度的10倍以上，而且它還可以更好的適應環境。
氟化物離子電池技術其實并不是新技術，但是本田及其合作伙伴研發出了該技術的一種更為穩定版本。先前的氟化物離子電池技術的運行溫度需要超過300度；而本田研發的氟化物離子電池技術在室溫條件下即可有效運轉。此外，技術所需的原料可以從土地中直接提取，環境影響非常小。
本田研究所首席科學家克里斯托夫·布魯克斯博士（Dr. Christopher Brooks）表示：“氟化物離子電池技術提供了一種前景可觀的全新電池化學技術，其能量密度要比現有鋰離子電池高10倍之多。與鋰離子電池相比，氟化物離子電池并不用擔心過熱的問題，對原料提取也沒有太多的要求，與鋰和鈷等電池原料的獲取相比，其環境影響非常的小。”
雖然技術還需要繼續改進，但是本田認為氟化物離子電池技術將是未來技術，可以應用于電動汽車以及其他更小的能源產品。
來源：網易汽車
展開 新型電動汽車電池技術問世！ 可將電池能量密度提高2倍成本降一半
蓋世汽車訊 據外媒報道，當地時間6月10日，電動汽車電池技術領導者OneD Battery Sciences宣布推出一項可為下一代電動汽車電池提供動力的突破性技術——SINANODE。對于電動汽車行業而言，打造含有更多硅的電池一直是一個挑戰，而SINANODE無縫集成至現有的生產工藝中，讓硅納米線與商用石墨粉末融合，將電池陽極的能量密度提高了兩倍，但是將每kWh的成本降低了一半。能量密度更高可以讓電池的續航更長，而納米線能夠縮短充電時間，讓OEM設計和生產出滿足了人們對搭載更好電池的電動汽車的需求。
OneD Battery Sciences的logo（圖片來源：OneD Battery Sciences）
在過去三年中，美國、歐洲和亞洲的石墨供應商、電池制造商和電動汽車制造商已經對SINANODE進行了測試，將該技術應用于電動汽車電池陽極中的電動汽車級石墨中，發現了以下好處：
續航和電池壽命都得到增長——SINANODE成功將硅納米線融合至多個供應商的商用石墨粉末中，將陽極的比容量提高了2倍（容量大于1000 mAh/g，單位重量所能存儲的能量）。然后，該款SINANODE陽極材料與石墨相混合，達到了較高的初始庫倫效率（大于92%，放電容量與充電容量之百分比），在1000次以上的充放電循環中的陽極比容量高于目前所有的先進量產電池。
成本降低——SINANODE在多個供應商提供的商用生產化學氣相沉積（CVD）設備的基礎上研發而來，只是用了大量的硅烷和氮氣，成本極其具有吸引力。
展開 