快充到底傷不傷電池？
技術 發布于：2020-12-03 11:14:33
電動車發展的最大掣肘是什么？
——是電池。
圍繞電動車的爭議，大部分都與電池脫不開關系，這里包括但不限于成本、續航、安全、用車便利性等一系列衍生問題，不僅影響了消費者的購買決策，也讓電動車車主感到憂慮。
電池是一門材料學，而材料學的發展往往不可預期。雖然電池的能量密度一年比一年高、續航能力一年一年強，但是“續航焦慮”這個詞始終沒有從消費者的腦海里消失，說到底，還是電池材料沒有出現革命性突破。
既然材料發展舉步維艱，那么就只能從充電技術上尋求轉機。『充電三分鐘、通話一小時』，這句經典的廣告詞想必大家都有印象，智能手機帶動了快充技術的大規模普及，如今，快充也成為了電動車的標配——30分鐘從30%充到80%，很大程度上節省了充電時間，緩和電動車主對于充電的“麻煩”心理。
但隨之而來的又是一個新的問題，快充究竟傷不傷電池呢？
要解答這個問題，我們得先弄明白電池的壽命。
大部分人有一個誤解，認為鋰電池的壽命就是看充電的次數。其實不然，電池的壽命取決于電池的『完全充放循環次數』。它是指電池完成一次100%用電/充電的完整過程，譬如『電池從滿電到用光，然后一次性從0%充至100%』這是一次完整充放循環，『充一點用一點，分兩次從30%充到80%』也是一次完整充電循環。
于是我們有了一個基礎共識——在除去其他條件下的影響下，電池的壽命是固定的，且足以覆蓋車輛的生命周期。作為現在電動車的主流配置，三元鋰電池的理論循環壽命在1500次左右，磷酸鐵鋰的壽命更長，理論可達2000次。
但是理想和現實總是有差距，在實際使用中，有諸多的因素都在加快電池的損耗，包括溫度、過充過放以及快充。
弄明白電池的壽命，我們接下來就說快充的原理。
其它種類的電池（如燃料電池），工作時會發生轉化（Conversion）化學反應，伴隨著物質的轉化而釋放能量。但是鋰電池采用的是非常獨特的鋰嵌入（Intercalation）化學反應，我們可以將電池內部視作一個泳池：充放電時，鋰離子在正極與負極之間游來游去。
鋰電池中的正極為鋰化合物，負極為石墨。充電時，在電場作用下，鋰離子嵌入到負極的石墨碳層微孔，存儲能量；放電時，電解液發生反應，這些帶電荷的鋰離子從負極脫嵌流向正極，使其處于富鋰狀態，這個過程形成電流供電。
理想狀態下，只要正負極材料的化學結構不發生變化，鋰離子電池就能保證長時間、多次數循環，達到理想的工作壽命。
但是！快充之所以快，就是強行使鋰離子快速從正極嵌出并嵌入負極，增大鋰離子的流量與速度。
快充時，由于鋰離子在電極顆粒內部的遷移速率小于其表面發生的電化學反應速率，因此會引起電極的濃差極化現象，使得正負極電極電勢差偏離平衡電勢。在電流很大時，電極負極（石墨）表面的一層半透膜 （SEI 膜——類似于隔離墻的存在，將電極材料和電解液分開，避免其發生反應）會開始發生破裂，隨后電極材料和電解液產生反應，電極材料被破壞。
持續快充，電極處的離子濃度進一步升高，極化加劇。電極材料破壞越嚴重，能夠存儲的鋰離子就越少，可逆性變低，電池的容量就會出現衰減。同時，大電流充電，內阻的增大會導致發熱以及其它副反應，如電解液的反應分解、產氣等問題。
這是短期的影響，再看長期的影響。
快充帶來的發熱量與發熱不均勻，會成為電池熱失控（Thermal Runaway）的潛在誘因，當然，這個鏈式反應存在溫度臨界點。通常來說，為了安全，電池的溫度零界點一般都非常高。但是快充的另一個負面效果——析鋰效應（Li Plating）會降低這個溫度零界點。
前面說到，鋰電池是基于鋰嵌入反應（Intercalation）而設計的，當負極電流過大或溫度過低時，負極電位低于Li／Li＋參考電極的電位，就會產生本不應該出現的鋰轉化（Conversion）反應，產生金屬鋰，這就是所謂的析鋰（Li Plating）。
長時間析鋰后，電池內部的鋰會形成像樹枝狀的結構，俗稱鋰枝晶。讓我們看看它的樣子：
以前的主流學說認為，鋰枝晶會刺破電池導致短路（Internal Short Curcuit），但是這個說法現在受到不少質疑，而替代的理論是，鋰枝晶的樹狀結構會導致電池的臨界溫度大幅降低，進而使熱失控風險增加。
也就是說，快充時的熱效應提高了電池溫度、析鋰效應降低了臨界溫度，兩種負面效果里應外合，增加了熱失控的風險。
當然，我們并不想危言聳聽，不能一棒子打死說快充就是不好，更不希望你買了電動車就畏首畏尾。因為這些副反應雖然不可避免，但是過程還是非常緩慢的，保守估計也要數百次快充才能對電池造成可見的傷害。
更何況，電動車廠商也相應的保護措施。
現在的電動車上都會搭載BMS系統（Battery Management System），它是管理和監控電池的中樞，負責調配、維護、保護電池的各個模塊，目的是保證電池工作效率、防止過充過放、延長電池壽命、幫助電池正常運行等等工作。
就拿快充來說，BMS在快充時會智能調節快充的電流與電壓，在低電量的情況下使用大功率充電，當電量超過80%后，就限制充電功率，改為涓流充電。這樣既享受了快充及時補能的便利性，也盡可能地減少了快充對電池的傷害。
這是車企在技術上的應對措施，我們車主也可以從充電習慣上入手。
如果有機會裝個人充電樁就盡量裝，能慢充就慢充。如果在外只有快充可選，那么也盡量不要讓電量掉到太低，剩余20-30%就可以準備充電了，同時，快充時不要追求一定得充滿，充到80%左右就可以拔槍了，一是80%之后的涓流充電耗時太久、二是也能主動防止電池過充和電池過熱。
總之，快充一定程度上緩解了充電的煩惱，但也不要過分依賴快充。慢充為主，快充為輔，是更加健康的選擇。
最后，舉一個可能不太恰當的比喻：低電量的電池就像是虛弱的病人，慢充就好比給病人喝瘦肉湯，讓他自己慢慢消化、吸收營養；快充就是直接往病人的靜脈注射葡萄糖，讓他快速回復元氣。但是我們都知道，我們沒病的時候，都是正常吃飯喝湯，而不是天天掛葡萄糖。
（圖/文/攝：皆電 唐科）
簡介：不喜歡汽車的攝影師不是好鏟屎官，喵！
