電池超快充，安全性還沒有共識｜工程師來信

「作爲汽車產品的一線締造者，工程師是最瞭解汽車產品和技術的人羣。產品好不好，技術深不深，用料真不真，在36氪「工程師來信」欄目，你能看到更真實的一面。」

出行高峰期高速服務區充電樁前的長隊、動輒30分鐘以上的補能時長、加電過程中的無聊和煩躁，在相當一段時間裡，這些彷彿就是純電動車補能體驗的全部。

車企與電池廠商捕捉到了用戶的這一痛點，於是前有理想試圖通過“5C充電”向消費者證明MEGA的確值50萬元，而在“5C充電”陸續上車小鵬、極氪、嵐圖、星紀元等品牌後，又有“兆瓦閃充”、“超級e平臺”等技術名詞又問世。寧德時代甚至在比亞迪之後，將電池的充電倍率提高到了12C。

企業意在通過一系列新技術，向消費者講述一個“充電體驗比肩加油”的美好故事。

但在消費端，部分用戶對超快充電池的態度，顯得較爲謹慎。他們對超快充電池的擔憂往往集中在：5C、6C乃至12C的超快充技術是否會對電池壽命產生影響；超快充體系下，電池的安全性是否還值得信賴。

36氪在與電池工程師的交流中發現，超快充技術的確會縮短電池壽命。

但由於電池廠商在設法提高充電速度的同時，也對電池的材料、結構等，做了一系列相應改進，從而使得超快充對電池壽命的影響被控制在可接受的範圍內，至少在8年、15萬公里的質保期內，電池都可以正常使用。

至於超快充體系下電池的安全性，目前還沒有形成共識。

電池充電的過程是鋰離子離開正極、嵌入負極的過程。而在超快充過程中，鋰離子的遷移速度非常快，因此它很可能來不及均勻地嵌入負極，而是在負極表面形成鋰枝晶。當鋰枝晶累計到一定程度，就可能影響電池壽命、容量，甚至更嚴重的問題，例如刺穿隔膜，造成電芯短路。

不僅如此，動力電池充放電過程本來就有呼吸效應，滿電時電池體積大，空電時體積小。而超快充體系下，這種呼吸效應更明顯。隨着充放電次數增加，電池體積會膨脹，從而加速電池的老化。老化的電池容易產生氣體造成電池鼓包，安全隱患也就隨之產生。

除此之外，部分車企爲了更好地滿足時間敏感型用戶的需求，正聯合電池廠商將超快充的電量區間拓展得越來越寬，這相當於對電池廠商的熱管理能力，提出了更高要求。

然而，並非所有電池廠商都能準確認識到自己的能力邊界，而這無疑也會給超快充體系下，電池的安全性帶來更多不確定性。

從36氪與電池從業人士的交流來看，一般電動車使用超過2-3年，上述問題的發生概率會開始加大。

基於這些考慮，一些車企並沒有急於跟進超快充技術。

比如最近被熱議的小米YU7，只在32.99萬元的Max版上搭載了寧德時代的麒麟電池，小米官方稱這款電池支持5.2C超快充。而在定價25.35萬元的標準版和27.99萬元的Pro版小米YU7上，電池的充電倍率在3C以內。

再比如，被戲稱爲“半價理想”的零跑，在動力電池的選擇上，並未追隨理想採用超快充電池。

除了安全問題，超快充技術還會讓消費者，爲充電支付更多費用。

由於目前支持5C以上超快充的電池，普遍需要通過強力水冷散熱，但在開啓水冷的條件下進行強冷充電，必然會消耗更多電量，因此用戶需要爲充電花更多錢。

「對話人士：A，十餘年頭部車企電池經驗」

36氪汽車：今年以來，行業推出了10C、12C超快充技術，這會對電池壽命產生影響嗎？具體會產生多大程度的影響？

A:超快充肯定會對電池壽命產生影響，但這種影響在可控、可接受的範圍內。因爲電池廠商在研發超快充技術的時候，都會考慮到整車的設計壽命，所以電池壽命即使有衰減，也肯定能滿足8年15萬公里的電池質保。

廠家測試超快充對電池壽命影響的方法是，從電池健康度是100%的時候，對電池進行超快充，等電池衰減到75%的時候停下，然後計算這個過程中電池經歷了幾次循環。

當然不同的廠商在測試條件上會有些細微差別，所以測出來的循環壽命也會有所不同，低的可能是700圈，還有的可能是1000圈，更高的也有。

這是因爲有些廠家是在電池衰減到70%的時候才停，這樣測出來的循環壽命肯定會更長；而有的廠家標準比較高，衰減到80%就停了，這樣測出來的壽命肯定就短。目前行業主流的做法，是在電池衰減到75%的時候停下。

按照現在電池廠商設計的續航里程，循環一次就是好幾百公里，所以說超快充體系下的電池肯定能滿足3年15萬公里的質保。

36氪汽車：超快充技術縮短電池壽命，這背後的原理是什麼？

A：超快充技術會影響電池壽命，主要是因爲析鋰，以及充放電過程中的膨脹會破壞電池微觀結構，還有SEI膜破裂重新生成，會消耗電池中活性物質。

超快充過程中，鋰離子的遷移速度非常快，它離開正極後，很可能來不及均勻地嵌入負極，這就會在負極表面形成鋰枝晶。

而且動力電池充放電過程本來就有呼吸效應，滿電時電池體積大，空電時體積小，而超快充體系下，這種呼吸效應更明顯。隨着電池的循環次數增加，電池的體積也會膨脹，電池的老化被加速。電池老化具體表現爲，SEI膜增厚，內阻增大等等。

還有電池首次充放電時，電解液和電池負極發生反應，會在負極表面形成SEI膜。隨着時間推移，SEI膜會破裂，破裂後SEI膜又會重新生成，每次生產SEI膜都會消耗電池中的活性物質，而超快充加速了SEI膜的破裂。

36氪汽車：不同材料體系的電池，超快充對它們的循環壽命的影響程度是否會有差異？

A：對三元鋰電池的影響會更大一點，因爲三元鋰這種材料是層狀的，相較磷酸鐵鋰這種橄欖型的材料，三元鋰更容易被破壞。在高壓條件下，三元鋰電池的副反應也會增加。而且磷酸鐵鋰電池的壽命本來就長，所以受超快充的影響小。

36氪汽車：在南北方不同的環境溫度下，使用超快充技術對電池壽命的影響程度是否會有所不同？

A：溫度的影響很小。動力電池都是有電磁波保護的，在低溫下它會給電池加熱，高溫下會給電池降溫。但外部環境也不能過高或者過低，比如高到40或50攝氏度，低到零下30攝氏度。溫度太高，動力電池的電化學反應過於劇烈，消耗的鋰離子會增加；溫度太低，電解液過於黏稠，動力電池內部的電化學反應就會很艱難。不過，我們很少會遇到這麼極端的氣候情況。

36氪汽車：電池廠商在研發超快充技術時，會對電池材料做哪些相應調整？

A：先說電池負極材料。現在常用的負極材料人造石墨是層狀的，要做快充電池，首先要把石墨層間距擴大，這相當於把鋰離子遷入的通道擴大了；然後要把顆粒做得更小，因爲顆粒越大，鋰離子遷移的通道就會越長，把顆粒做小，就相當於把鋰離子遷入的路徑縮短了。

但負極材料還要兼顧能量密度和充電速率，所以需要做大小顆粒的摻混。小顆粒太多，電池存儲的性能會下降，而且小顆粒多了，比表面積就會增多，副反應越劇烈。

這樣一來，電池負極的原材料肯定會發生改變。比如原本原材料用的是針狀焦，現在就要換成石油膠，因爲針狀焦是長條形的，而石油焦是顆粒狀的、圓的，能縮短鋰離子的遷移路徑。

不僅如此，還要在石墨外做好軟碳包覆。碳包覆層可以提供額外的電子傳輸路徑，降低反應的阻抗。而且在負極外做包覆，也能保護負極，不讓它和電解液產生太多負反應，同時提高負極的穩定性、抑止它在充放電過程中的膨脹。

電池的正極材料也要兼顧能量密度和充電速率，所以也需要做大小顆粒的摻混。此外，還要採用二燒工藝，用石墨、碳、石墨烯等做包覆，原理和負極材料差不多，都是爲了縮短鋰離子遷移路徑，減少鋰離子嵌入時的阻抗。

電解液層面上的變化，無非就是電解液的添加劑會改變，主要目的是要增加離子的遷移係數，控制SEI膜的形成。這個添加劑可能是新型鋰、VC（碳酸亞乙烯酯），也有用FEC（氟代碳酸乙烯酯）的，還有一些廠商自己開發的合成的。

36氪汽車：除了材料，電池的製造工藝、結構設計等方面，會有哪些變化？

A：工藝上，最核心的是要把極片塗布變薄，從而縮短鋰離子的傳輸路徑。6C以上的充電倍率，塗布厚度需要減少1/3。同時還需要用到分層塗布工藝。

除此之外，快充電池的電流變大了，負極的銅箔也要相應做得更厚，極耳要做成全極耳。

在結構層面，主要是要考慮到電池的散熱、過流能力。電池蓋板上有極柱，原先只有一個，現在變成雙極柱，電池的散熱通道就會增加；原來是單極耳，現在要變成全極耳，電池的過流率就會提高。

順便說下電池包層級，快充比較大的難點是散熱。電池包內要加大冷卻面積，優化流道設計。還要和整車的冷卻能力、空調等東西結合在一起，要提高電池和整車的換熱係數。

尤其是極柱那個位置，因爲它是熱量散發的通道，這也就意味着所有的熱量都集中在極柱上，所以熱管理尤其要加強。

除此之外，快充電壓變大了，電流變大了，相應的線束就要變粗，所有的高壓繼電器都要換；BMS算法也要調整，快充技術讓電流變大了，這就要求算法對電流、電壓的精度、時間控制要更精確，比如磷酸鐵鋰系列的電壓採集精度要做到3%以內；充電樁充電樁的功率、散熱也要跟得上。所以說快充電池帶來的改變是一整套的、系統性的改變。

「對話人士：Q，多年頭部車企電池經驗」

36氪汽車：超快充體系下，電池的安全性還值得信任嗎？

Q：電池的安全，分主動安全和被動安全。主動安全是指，藉助水冷，整個電池包的熱擴散控制效果；被動安全是指，關閉水冷後，僅依靠電池自身的設計，做到熱擴散控制。

在電芯層面，至少在6C以下，1-2年內，超快充電池不會有太大風險。

目前市面上的超快充電池，幾乎都只能做到主動安全，也就是必須藉助水冷，不然充電時的溫度會快速上升。這就對電池熱管理系統的可靠性設計，提出了比較高的要求。

但對消費者來說，在開啓水冷之後進行強冷充電，肯定會消耗更多電量，這樣消費者花的錢就會更多。

36氪汽車：超快充體系下的動力電池有硬性的熱管理的要求嗎？

Q：需要提高電池包的換熱效率，滿足降溫需求，主要的方法就是增大液冷麪積、多面液冷，優化流道設計等等。前文說過的，把單極柱換成多極柱，是降低發熱功率的手段，不提高換熱效率的。至於具體換熱效率要做到多高，因電池包和快充體系而異。

36氪汽車：現在動力電池的隔膜越來越薄，這會不會增加超快充體系下的電池的安全隱患？

Q：會引發超快充電池安全事故的主要是析鋰，和隔膜的薄厚關係不大。早期隔膜的厚度是根據毛刺的2倍定義的，跟析鋰沒關係。後來發現沒必要這麼厚，所以隔膜的厚度逐漸減薄。 現在的隔膜主要使用基膜+塗層，比如膠、陶瓷塗層。可以有效減弱動力電池內部短路後失效的劇烈程度。所以，雖然薄，但是安全性能並不差。

何而且析鋰也不是靠隔膜來防禦的，因爲析鋰一旦發生，隨着時間的推移會越來越嚴重，多厚的隔膜都沒有用。

36氪汽車：目前的超快充體系都被限制在一定的電量區間，這是爲什麼？

Q：現在行業主流的超快充SoC區間是30%-80%，或者10%-80%。

根據電池的特性，30%-80%是電池的舒適充電區間。SoC 越高，充電倍率肯定會下降，這個比較好理解。好比一個停車場有100 個車位，剛開始還沒什麼車的時候，我的車可以隨便停，等80%的車位停滿了的時候，我找車位可能要找一會。

30%，甚至10%以下其實也可以快充，但一方面，從用戶數據來看，用戶一般是從 10%-30% 的SoC區間開始充電，所以廠家一般把30%定義爲超快充的起點；另一方面，超快充區間設置得越寬，電池的散熱越困難，這是廠商把超快充起點設置在30%的另一原因。但更有能力的廠家會把起點設置在10%。

起點再往下設置就沒必要了，因爲用戶一般不會在電量掉到10%以下了纔去充電。