电动车的发展瓶颈何在?答案直指电池技术。电动车领域的诸多争议,几乎都与电池问题紧密相连。电池技术涉及材料学领域,而材料学的研究进展往往难以预料。尽管电池的能量密度持续提高,续航能力不断增强,但“续航焦虑”的问题依然困扰着消费者。
▲ 续航焦虑与快充
如今,电动车已配备快充,能够在短短30分钟内从30%电量充至80%,极大地节省了充电时间,从而缓解了电动车主对充电问题的担忧。然而,这一便捷功能也引发了新的疑虑:快充是否会对电池造成损害?
▲ 电池寿命的因素
许多人误以为锂电池的寿命仅与充电次数有关,然而事实并非如此。电池的真正寿命取决于其“完全充放循环次数”。这一概念指的是电池经历的一次完整的充电与放电过程,即从满电状态耗尽至零,再一次性从零充满至满电。值得注意的是,即便是分两次从30%电量充至80%,这也被视为一次完整的充电循环。因此,我们可以得出一个基础结论:在排除其他因素的影响下,电池的寿命是固定的,并且足够覆盖车辆的使用周期。目前,主流电动车所配备的三元锂电池,其理论循环寿命约为1500次,而磷酸铁锂电池的寿命则更长,理论可达2000次。然而,在实际使用中,许多因素如温度、过度充电、过度放电以及快充等,都会加速电池的损耗。
▲ 快充对电池的影响
在探讨电池寿命之后,我们进一步关注快充技术对电池的影响。首先,锂电池的独特之处在于其锂嵌入化学反应。我们可以将电池内部想象成一个泳池,其中锂离子在正极与负极之间穿梭。在充电过程中,锂离子在电场作用下嵌入负极石墨碳层微孔,储存能量;而放电时,这些锂离子则从负极脱嵌,经电解液反应后流向正极,从而产生电流供电。
然而,快充技术强行加速了这一过程,使得锂离子快速从正极脱嵌并嵌入负极,这无疑增加了电池内部的负荷。由于锂离子在电极颗粒内部的迁移速度跟不上其表面的电化学反应速度,电极便会出现浓差极化现象,导致正负极电极电势偏离平衡状态。特别是在大电流快充情况下,负极表面的SEI膜(类似于隔离层的存在,防止电极材料与电解液直接反应)可能会破裂,进而引发电极材料与电解液的反应,破坏电极结构。长期来看,持续的快充会导致电极处的离子浓度升高、极化加剧,进而破坏更多的电极材料,降低电池容量。同时,大电流充电还会增加内阻,引发发热及其他副反应,如电解液的反应分解和产气等问题。此外,快充带来的发热量及不均匀发热也可能成为电池热失控的潜在诱因。虽然电池的安全温度临界点通常设置得相当高,但快充导致的析锂效应会降低这一临界点,从而增加电池失控的风险。
锂电池的设计基础是锂嵌入反应。在快充过程中,若负极电流过大或温度过低,负极电位会低于Li/Li+参考电极的电位,从而触发本不应发生的锂转化反应,生成金属锂。这一现象被称为析锂。长时间持续的析锂会导致电池内部形成如树枝状的锂结构,即锂枝晶。过去,普遍认为锂枝晶会刺穿电池隔膜,导致内部短路。然而,近期有观点提出,锂枝晶的树状结构更可能显著降低电池的临界温度,从而增加热失控的风险。这意味着,快充时产生的热效应提升电池温度与析锂效应降低的临界温度相互交织,共同推高了电池热失控的可能性。
▲ 合理使用快充的建议
我们应该如何合理利用快充功能呢?首先,要明确快充并非全然不利。虽然快充过程中会产生一些副反应,但这些反应进展缓慢,通常需要经过数百次快充才会对电池造成显著损害。此外,现代电动车都配备了BMS系统,它能够智能调节快充的电流和电压,确保电池在高效且安全的状态下工作。在快充时,BMS会在低电量时允许大功率充电,而当电量超过80%后,则会限制充电功率,采用涓流充电方式。这种策略既保证了充电的便捷性,又尽量减少了快充对电池的潜在损害。
作为车主,我们也可以从充电习惯上做出调整。如果条件允许,推荐安装个人充电桩并使用慢充方式。当只能选择快充时,应避免电量过低才进行充电,当电量剩余20-30%时即可开始充电。同时,在快充过程中,无需追求完全充满,充至80%左右即可拔枪,这样既可以节省时间,又可以防止电池过充和过热。综上所述,快充功能在一定程度上确实为充电带来了便利,但过度依赖快充可能对电池造成不利影响。因此,以慢充为主、快充为辅的策略是更为稳妥的选择。
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