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文献综述
文 献 综 述1.1 快充型锂离子电池概述1.1.1 前言随着科技的发展,煤、石油、天然气等传统能源对环境造成的破坏日益严重,同时为应对全球气候变暖等问题,新能源电动汽车迎来了飞速发展,而锂离子电池因能量密度高、循环寿命长、自放电较少、形状多样、无记忆效应以及绿色环保等特点,使其成为电动汽车首选的动力电池。
目前商业化的动力电池由四部分组成,分别是负极、电解液、隔膜、正极,其中负极材料以石墨为主,正极材料主要有两种[1],分别磷酸铁锂(LFP)和镍钴锰酸锂(NMC)。
电解液由于其安全性问题未来有望被固态电解质取代[2],同时固态电解质还可以充当隔膜的作用,阻止正负极直接接触引起短路。
传统石墨负极的理论比容量仅有375mAh/g,而锂金属负极可以达到3860mAh/g,并且相对标准氢电极拥有最低的负极电位-3.040V[3],所以为了进一步提升能量密度石墨负极也逐渐被锂负极所取代。
与传统的燃油车相比,电动汽车的续航里程焦虑和充电时间过长严重限制其大规模应用[4]。
到目前为止,各大企业推出的电动汽车的续航里程普遍超400km,续航里程焦虑问题已基本解决,接下来需要解决的是充电时间过长的问题。
虽然电动汽车可以使用交流电(AC)或直流电(DC)充电,但是直流电的充电速度更快,最常见的直流快速充电(DCFC)柱是以50kW功率进行充电。
特斯拉是首家推出120kW充电桩(特斯拉升压机)的企业,随后各大车企相继发布了更高功率的快充技术,直到2021年2月,Phoenix Contact公司发布了通用型CCS充电插座,瞬间功率可高达500kW。
除了充电桩的发展以外,对电池本身的优化也能提升充电速度,Swapna Ganapathy[5]等人用核磁共振波谱观察到锂离子在锐钛矿型TiO2电极材料与电解质之间迁移,发现电解质组成对电解质/电极界面的锂离子交换有重要影响,所以可以通过优化电解质来提高电池充电功率。
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