背景簡介
相比於傳統的燃油車，里程焦慮、充電時間長等問題成為阻礙電動汽車發展的主要問題。因此，快速充電(Fast Charging)能力的提升成為電池廠商和整車廠普遍的發展目標。但是，研究表明低溫、大倍率充電會引起電池的容量與輸出功率等性能加速衰減；另一方面，電池在充電期間產生的大量熱難以均勻、有效地散去，也會引起衰減加速以及其他安全問題。圖1展示了從原子層級到車用系統層級下影響鋰離子電池快速充電的因素。
對於終端用戶充電的基本訴求：
1）充電要快
2）不要影響電芯壽命
3）儘量省錢，充電機放出來多少電，儘量都充到我的電池裡。
什麼是快充
所謂快充就是在很短的時間內給電池以最快的充電速度，將電池電量充至滿電或者接近滿電的充電方法，但是需要保證鋰離子電池能夠達到規定的循環壽命、相關安全性能以及電性能。
美國先進電池聯盟（United States Advanced Battery Consortium, USABC）對快充動力電池提出了具體指標，要求在15 min 內充滿電池總電量的 80%。對於要求里程為 400 km 的電動汽車而言，至少需要 320 kW 的充電功率為 100 kW·h 的電池包進行快速充電才 能滿足 USABC 的標準要求。
電池快速充電的原理
理想的電池應表現出長壽命、高能量密度和高功率密度特性，以在任何地點任何溫度下都能夠快速充電和補電以從而滿足電動汽車長距離行駛的要求。但是，這些物理特性之間存存在trade-off關係，材料和設備的溫度的影響決定了電池的使用閾值。溫度下降時，充電速率和最大電壓都應減小以確保安全性，這使得溫度成為快充的關鍵限制因素。其中，隨著溫度降低，析鋰的風險會顯著增加。儘管很多研究者指出析鋰常發生於溫度低於25℃，但在高溫尤其是充電倍率高、能量密度高時也容易發生。此外，快充效率和溫度關係也十分密切，50kW的充電樁在25℃的充電效率為93%，但在-25℃的充電效率低至39%，這主要是因為BMS在低溫下會限制額定功率。
常見的鋰離子電池主要由石墨負極、鋰金屬氧化物正極、電解液、集流體、多孔隔膜構成。如圖2所示，充電時Li+從正極經過電解液傳輸到負極，其中主要的傳輸路徑有：1）經過固態電極；2）經過正負極的電極/電解質界面；3）經過電解液，包括Li+的溶劑化和去溶劑化。但電池的不當使用條件往往會引起一系列影響性能和壽命的副反應。此外，充放電倍率，電池內阻和電池極化等都會影響電池的熱特性，如增加產熱，降低充電效率和安全性等。
大量研究表明正極的衰減和正極CEI膜的增長對傳統鋰離子系統的快充速度沒有影響，因此負極成為充電過程中的主要關注對象。特定情況下，鋰金屬可能會持續析出成鋰枝晶，甚至會刺穿隔膜造成內短路。影響鋰沉積和沉積結構的因素包括鋰離子在負極的擴散速率，負極界面處的電解液濃度梯度，集流體的金屬鹽沉積和電極/電解質界面的副反應。研究表明，析鋰時負極的表現可以歸結於析鋰一開始的電流對負極面密度內阻的影響。通過電池設計降低負極內阻，對提高電池的快充能力十分重要。此外，溫度影響也十分重要，過低或過高的溫度都會被認為對電池不利，但快充時電池溫度較高會有利於自身的平衡，尤其對於高比能量電池。電極厚度對充電性能的影響也需要被關注。薄電極常被認為可以進行理想的鋰離子傳輸，當電極增厚時，在電極/電解質界面保證足夠的鋰離子濃度以維持過電位穩定並減少析鋰的可能變得很重要。厚電極電池在快充過程中，鋰鹽可能會在集流體處沉積，導致電極利用的不平衡以及隔膜負極的電流密度的增加。
衰減影響
4.1）溫度影響
鋰離子電池的產熱可分為可逆和不可逆過程。其中不可產熱Qirr的表達式如下：
U為開路電壓,Vbat為電池電壓,I為電流(充電時)。
大部分的不可逆熱來自內阻產熱：
其中R為電池內阻。焦耳熱與電流的平方成正比，因此快充時電流增大，不可逆熱會顯著增加。
可逆熱Qrev來源於電化學反應中的熵變，也被稱為熵熱，其表達式為：
鋰離子電池中，軟包、圓柱、方殼電池的熱量分布與散失是不均勻分布的：例如一些電池材料的面導熱能力較差，因此其熱量相對於表面會更多積累在核心位置。此外，電流密度和產熱速率在電池不同位置也不相同。這些不一致性在大尺寸電池上被進一步放大。如圖3所示，圓柱電池內部中心的溫度要明顯高於表面。對於軟包或方型電池而言，如圖4和圖5所示，極耳處的溫度要明顯高於其他位置。此外，由於正極鋁集流體比負極銅集流體的電阻更大，正極極耳溫度常高於負極極耳。
軟包電池在5C恆流放電時的表面溫度變化：t=250s的a)仿真結果和b)測量結果；t=667s的 c)仿真結果和 d)測量結果；e)內部溫度的3D分布
產熱的不均勻分布不僅存在於電池單體中，電池包級別更需要注意熱管理系統的設計，因為其對Pack內溫度的分布有顯著影響。隨著時間推移，電池單體的不同老化路徑同樣會對Pack的產熱均一性造成很大影響，這是由於不同電池內阻的增加幅度不同。
鋰離子電池中很多老化機理和溫度相關。高溫下，SEI膜在負極加速生長，變得更加疏鬆和不穩定。低溫下，離子擴散和反應速率變慢，析鋰和鋰枝晶生長的可能性增加。高溫下幾乎所有的老化反應都會加速；低溫可以降低副反應速率但也會降低活性物質的擴散，如果鋰金屬析出則會加速衰減。此外，低溫極化增大會導致產熱增加，降低能量效率。在大部分工況下，負極/電解質界面的SEI膜增長是主要的衰減機理。SEI膜會使電池內阻增加，功率降低，進而導致容量衰減。高溫下(60˚C或更高溫)SEI組分會溶解和分解，破壞負極保護膜的完整性。在極端情況下，電池溫度超過安全閾值時，可能會引起熱失控。
4.2）析鋰影響
析鋰指電解液中的鋰離子在負極上沉積為鋰金屬的法拉第副反應，而非嵌入負極顆粒的過程。負極電位降到Li/Li+以下時，析鋰就可能發生。析鋰過程中，鋰金屬首先會形成液滴狀以降低表面能，表面金屬和電解液快速反應生成SEI膜。隨著更多鋰在SEI膜下沉積直至SEI膜破裂，鋰表面又生成新的SEI膜，鋰鹽濃度逐漸降低，鋰金屬開始垂直於極片表面生長，形成鋰枝晶。鋰枝晶生長被認為是最壞的副反應之一，如果枝晶刺破隔膜到達正極，內短路會使電池快速產熱。鋰金屬相比負極更加活潑，進一步帶來內部副反應，導致SEI增長，產氣和電解液溶解等問題。
研究者們提出一些析鋰觀測的模型。包括Fuller，Doyle和Newman基於P2D模型的析鋰模型，以及Arora，Doyle和White提出的可逆鋰的嵌回過程。在此基礎上，Perkins提出了面向控制的降階模型；Hein和Latz提出了三維微觀結構解析模型。Ren同時考慮了可逆鋰的重嵌以及不可逆鋰(死鋰)在電池充電過程的反應。
無損的析鋰觀測技術對於實際的電池應用很重要。一般可用於析鋰表徵的檢測包括SEM，TEM，NMR和XRD等，但這些手段都需要對電池進行破壞或使用特殊電池構型。常用的無損析鋰觀測利用電池的外部特性，包括老化速率，鋰回嵌的電壓平台，模型預測等方法。如圖6所示，基於老化特徵的析鋰檢測手段包括(a)阿倫尼烏斯方程，(b)衰減過程的容量和阻抗變化分析，(c)非線性頻域響應分析和(d)庫倫效率分析。
部分析出的鋰會重新嵌入負極，或在放電過程溶出。
充電結束後的弛豫過程或緊接的放電過程會產生新的電壓平台，如圖7所示。電壓微分(DVA)和容量微分(ICA)有助於尋找電壓平台，但這些方法需要小倍率的放電，大電流會增大極化，覆蓋電壓曲線上的析鋰信號。鋰析出和重新嵌入的過程也可能會引起異常的產熱峰值，作為析鋰的信號之一。
電池厚度的增加也可能導致析鋰，但是相關機理還需進一步研究。用電化學模型預測析鋰通常取決於充電條件。然而這些模型太過複雜並需要大量計算，其需要進一步簡化以實現在線檢測。少數方法可以在電池異常充電後實現定量化的原位析鋰檢測。作者認為基於異常電壓平台的探測手段最有希望實現應用，但其距離真正應用還有很高的知識和技術壁壘。
a)CC-CV充電和靜置過程中的過電勢變化模擬。
階段I，負極顆粒上沒有鋰沉積；
階段II，鋰沉積開始發生；
階段III，部分可逆的鋰重新嵌入負極或溶出，剩餘的變成死鋰；
階段IV，平衡態，死鋰不再參與後續循環；
b) 電壓微分分析(DVA)；
c)微分容量分析(ICA)
4.3）機械影響
機械粉化是另一個快充導致的重要老化現象，並已經在多種電極材料(石墨、NMC、LCO、 NCA、Si等)中得到證實。根據尺度可將機械衰減分為以下部分：電極顆粒內部的破裂、電極顆粒與導電炭和粘接劑的分離、活性材料與集流體的分離、電極分層。這些現象發生的主要原因是快充過程中的鋰濃度的梯度分布造成組分間的應力不匹配。當能量釋放速率或應力超過一定值時，顆粒就會出現裂紋，同時伴隨著SEI/CEI膜的破裂。快充引發的一次顆粒間的應變不能相互匹配時，就會使得電極顆粒之間或顆粒與導電炭和粘接劑間失去接觸。電極材料與集流體之間的應變不匹配也會造成活性物質脫落。高倍率會引發嚴重的電極板間電流密度分布不均勻，如果沒有外部壓力，電極板間就可能發生分層。
機械衰退對電池性能的影響可以分為活性材料損失(LAM)、活性鋰損失(LLI)和阻抗增加。首先，裂紋會導致電接觸變差；其次，裂紋會暴露更多的新鮮表面與電解液反應，快充帶來的高溫會加速上述副反應。這些反應又加速了SEI的生長，加劇阻抗增加、LAM和LLI等。最後，電解液的消耗會降低電極表面的潤濕性，阻礙離子傳輸。相關的正反饋機制可以如下描述：大倍率電流導致裂紋形成；裂紋加劇了電子與離子傳輸速率差異，因為離子可以通過電解液傳輸至裂紋處而電子不能，進而導致荷電態的不均勻，進一步加劇裂紋產生。此外，關於顆粒尺寸對快充過程的機械衰減影響、高倍率對二次顆粒破裂的影響、根據機械衰減限制優化快充策略等方面的研究，作者也做了簡要介紹。
總的來說，快充條件下的機械衰退還有許多問題需要研究。針對此問題的不同實驗產生了不同的結論，在一些重要問題上的觀點還存在爭議，如充電倍率與裂紋產生速率的關係。機械衰退通常也很難與其它老化機理解耦。與SEI增長或析鋰等老化機理相比，很少有模型研究了大電流下的機械效應，其中極少一部分模型得到了實驗驗證。模型參數和邊界條件的確定成為阻礙機械模型發展的主要問題。
多尺度的快充性能設計
快充誘導的老化和老化模式受電池材料組分（電極材料和電解液的本徵特性）、工況條件（高倍率充放電，極端電壓和溫度）、電池生產過程和Pack設計等多種因素的影響。多尺度的設計和複合手段將有助於發展高性能的快充電池。
5.1 材料方面
在鋰離子電池中，Li+的擴散過程如圖1所示，主要包括Li+從正極材料中脫出、Li+在電解液中遷移、Li+通過隔膜、Li+嵌入負極以及Li+在負極材料內部的擴散。提高鋰離子電池的快充性能需要在這幾方面進行研究。如圖8
電極材料選擇合適的電解液和電極材料使其發揮出高比容量和高倍率性能一直是電池設計中極具挑戰性的難題。一般地，負極材料內部的固相擴散係數相對較小，限制了負極材料電池的大電流充放電能力，成為電極反應的控制步驟。Li+在電場和濃度梯度的作用下由正極遷移、擴散至負極，這其中經歷了液相擴散，電解液的濃度對於快充性能的提升也有明顯的影響。隔膜的孔隙率決定了Li+遷移量，隔膜孔隙率小，則大電流充電容易造成堵孔，隔膜的厚度決定Li+擴散的距離，隔膜越薄，其擴散的距離越小。
5.1.1 正極材料
正極材料引起的內阻在整個鋰離子電池內阻中所占的比例最大，而鋰離子電池的快充能力與電池內阻成反比，因此合理選擇具有較低內阻的正極材料是實現電池快充的重要條件。通常以鋰離子在正極材料中的擴散係數（Dli+）為依據對正極材料的快充能力進行評估。如層狀鈷酸鋰（LiCoO2, LCO）在眾多層狀氧化物正極材料中具有最佳的鋰擴散係數（Dli+ = 1 × 10−9 cm2 /S），因此 LCO 正極材料顯示出超高的倍率性能，是快充電池理想的備選材料。但是 LCO 材料具有較低的容量發揮和居高的價格，導致該材料不適合用於兼具高能量密度和快充特性的電池開發。鎳鈷錳三元過渡金屬氧化物正極材料 ［LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2（NCM523），LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 （NCM622），LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（NCM811）］的鋰離子擴散係數要明顯低於 LCO 正極材料的鋰離子擴散係數。然而，可以通對正極材料改性處理來提高材料的鋰離子擴散係數。
正極材料的結構對材料的電化學性能也有重要的影響。層狀三元過渡金屬氧化物正極材料作為當今正極材料的重要選擇。過渡金屬元素位於八面體中心，其中氧原子位於八面體的 6 個頂點。這些八面體結構 互相交叉構成層狀材料的插鋰主體，鋰離子在構成的兩層插鋰主體間嵌入脫出。鋰離子只能在八面體所在的面間嵌入脫出，即鋰離子只能沿著移動進行嵌入脫出。因此製備具有更多面作為表面的材料將能有效地提高三元正極材料鋰離子的嵌入脫出速度，從而提高正極材料的快速充電性能。
磷酸鐵鋰材料的本徵電導率較三元材料低，僅為三元材料的十分之一左右，因此要對磷酸鐵鋰材料進行導電性優化才能滿足快充的需求。可以採用對磷酸鐵鋰正極納米化、表面碳包覆、離子摻雜等方法來改善材料的電化學性能， 實現快速充電需求。
5.1.2 負極材料
當前已有許多研究致力於發展無枝晶的快充負極材料，如碳基材料、金屬氧化物複合材料和合金等已經取得一定程度的成功。傳統的石墨負極電位非常接近鋰的氧化還原電位，可以使電池表現較高的能量密度，但同時增加析鋰的可能性（石墨的層狀結構使得Li+必須從石墨的端頭嵌入，繼而擴散至顆粒內部，增長了擴散路徑。小的層間距使得Li+的擴散速率較低，在進行大倍率充電時，Li+容易在石墨表面沉積形成大量鋰枝晶）。因此改善負極材料成為提高鋰離子電池性能的重要途徑之一。
目前常用表面包覆改性來改善材料的性能。軟硬碳的層間距比石墨稍大，有利於鋰離子的擴散，通常石墨表層包覆軟硬碳改善石墨的電化學性能，即通過表面修飾作用，在石墨表面形成無定形結構的碳層，增加了鋰離子通道，改善鋰離子擴散，提升其倍率性能。在設計快充型鋰離子電池時，通常採用小顆粒以及軟硬碳包覆的負極材料（提升負極脫嵌鋰速度）。
改善負極材料的另一種方法是加快鋰離子在負極材料中的擴散速度。比較有效的方法是製備具有多通道石墨負極材料，確保電解液能夠充分浸潤負極材料，並且縮短鋰離子傳輸路程，達到提高鋰離子擴散速度的目的。
此外，LTO由於不會析鋰且不會形成SEI膜，被認為有望用於開發長壽命的超級快充電池。另一方面，LTO的電位較高，作為負極材料會降低全電池的電壓，限制電池的能量密度。一些金屬氧化物和合金材料也具有較好的能量和功率特性，但受限於嚴重的體積變化、粉化和團聚等現象，其循環穩定性通常較差。
其它類石墨烯的二維材料具有高的表面積/質量比和獨特的物理化學特性，縮短了離子傳輸路徑，加快電子傳輸和增加鋰離子活性位點，被認為是有潛力的負極材料。這些材料主要包括過渡金屬氧化物、過渡金屬硫化物、金屬碳化物和氮化物。其中鈦和鈮基的氧化物電化學窗口通常在1.0-1.6V之間，與當前的商業電解液匹配，非常合適用於負極材料。最近Goodenough課題組提出了高倍率負極材料TiNb2O7具有與石墨媲美的理論比容量，並能實現快速的鋰離子脫嵌和長循環壽命，有望取代LTO成為新的負極材料。在納米尺度上設計合適的電極結構也能實現高功率和能量密度，如2D中空結構、core-shell結構、yolk-core結構等。將2D材料集成到宏觀的3D結構內也可以增強材料的電子和離子在電極的傳輸。金屬鋰是最能提高電池能量密度的負極材料之一，但受限於純金屬鋰箔的低比表面積，其功率性能較差。將鋰金屬引入3D結構框架以加快離子擴散速率，可以明顯改善其倍率性能。除了負極材料的選擇、改性和納米結構設計外，電極/電解質界面也會極大影響負極材料的性能。通過優化負極/電解質界面例如無定形碳包覆石墨形成均勻SEI膜，選擇合適的鋰鹽和共溶劑等方法也可以抑制鋰枝晶的生長。材料的選擇與改性無疑是未來研究的重點。
矽碳負極材料能夠提高電芯的能量密度，然而矽碳負極材料在快充過程中易於發生顆粒的破裂而影響電芯的循環壽命。矽碳負極因為矽在充電過程中的膨脹，將導致電極中導電劑與矽碳主材之間的導電網絡變差，進而影響材料的倍率性能。為了滿足矽碳電池快充的要求，需要對矽碳負極電池在導電劑方面進行優化。常用導電 劑按照導電網絡接觸劃分可以分為點接觸和線接觸。傳統的點接觸導電劑 SP 炭黑只能通過增加導電劑數量提高矽碳負極材料倍率性能，但這將會降低電池能量密度並且提高電池成本。線接觸的碳納米管在不增加導電劑用量的前提下，可以藉助其線性 結構優勢，改善矽碳負極在膨脹過程中的導電劑與負極主材接觸不佳的缺點。矽碳負極中摻入碳納米管導電劑後有效提高了電池的容量也使電池倍率性 能大幅提升。
5.1.3 電解液
電解液對於快充鋰離子電池的性能影響很大。要保證電池在快充大電流下的穩定和安全性，此時電解液要滿足以下幾個特性：A)不能分解，B)導電率要高，C)對正負極材料是惰性的，不能反應或溶解。如果要達到這幾個要求，關鍵要用到添加劑和功能電解質。比如三元快充電池的安全受其影響很大，必須向其中加入各種抗高溫類、阻燃類、防過充電類的添加劑保護，才能一定程度上提高其安全性。而鈦酸鋰電池的老大難問題，高溫脹氣，也得靠高溫功能型電解液改善。電解液需要與電芯體系相適應才能實現設計要求，因此電解液配方的設計和研究必須圍繞不同的電芯體系展開。
高濃度電解液表現出優異的倍率性能。有實驗研究在三甲基磷酸(TMP)溶劑中製備了5mol/L鋰雙(氟磺醯)亞胺(LiFSI)組成的磷酸鹽基電解液，其與石墨負極材料具有良好的相容性，且形成了穩定的富LiF的SEI層，有效阻礙鋰金屬電池中鋰枝晶的生長。另有實驗研究在傳統碳酸乙烯酯基電解液中添加丙腈或丁腈助溶劑，其顯著增強了電解液的電導率，並極大地促進了電池在低溫(－20℃)的大倍率充電能力，這意味著電池可以在低溫下實現快充。為了更好地實現快充，應選擇具有高濃度、高電導率以及低粘度的電解液（減小電池極化以及內阻，增大鋰離子的遷移速度）。
5.1.4 隔膜
隔膜在鋰離子電池中同樣扮演重要的角色，隔膜的作用主要體現在以下三方面：一是絕緣作用以防止正負電極間的直接接觸；二是儲存電解液作用提供足 夠的孔隙，保證電解液在這些孔隙儲存；三是提供鋰離子傳輸孔道，確保鋰離子在充放電過程中能夠快 速通過隔膜。因此隔膜影響鋰電池的電化學性能和安全性能。鋰離子透過隔膜的速度影響電池的快速充電性能，因此合理地開發設計電池隔膜能夠提高快充電池的性能。
隔膜的質量決定了電池的界面結構、內阻等，直接影響電池的倍率、循環以及安全性能等特性。為確保隔膜具有電子絕緣性、低電阻、高離子電導率、耐電解液腐蝕、高浸潤性等性能，在選用隔膜時主要考察隔膜的厚度、孔隙率、透氣率、浸潤度、孔徑、穿刺強度和熱穩定性等指標。其中隔膜的厚度、孔隙率和透氣度對鋰離子電池快充影響較大。厚度薄，孔隙率大，透氣度高時，鋰離子從正極傳輸到負極的阻礙就小，充電過程中的極化作用就小。隔膜的厚度和孔隙率影響著鋰離子電池的充電性能。在設計快充電池時，一般選擇薄的和高孔隙率的隔膜。（減小鋰離子傳遞的距離以及增加鋰離子通過的速度）
納米氧化鋁陶瓷塗覆隔膜可提升隔膜的熱穩定性，改善隔膜機械強度，防止隔膜收縮導致的正負極大面積接觸；能提高其耐刺穿能力，防止電池長期循環過程中產生鋰枝晶刺穿隔膜引發短路，並能中和電解液中少量的HF，防止電池氣脹；陶瓷塗層的孔隙率大於隔膜的孔隙率，有利於增強隔膜的保液性和浸潤性。因此陶瓷塗覆隔膜較非陶瓷隔膜可以更薄，從而改善鋰離子電池快充性能和循環壽命。陶瓷塗覆隔膜正在大量地應用於鋰離子電池中，是 解決鋰離子電池安全性等問題的一個重要手段，也是鋰離子電池隔膜發展的一個方向。
5.2 設計因素（電極設計）
電池單體和電池包設計除了材料選擇及其微觀結構設計，電極設計也對電池性能有重要影響。
鋰離子電池的快充性能與電池的設計有密切的關係，極片塗布量、壓實密度、銅箔鋁箔的厚度、極耳的尺寸、極片的寬窄等均對電池的快充性能有很大的影響。電池面密度以及壓實密度對電池的倍率、循環等性能影響比較明顯，快充型鋰離子電池需要低面密度設計，而壓實密度過高或者過低均會導致其性能差，壓實密度過高，極片活性物質被「壓死」，導致其循環容量迅速跳水，而壓實密度過低，導致其活性物質之間的接觸不夠，電池的阻抗較大，導致其快充性能較差。
有實驗研究了不同箔材厚度對於鋰離子電池性能的影響，厚的箔材由於其導電性更好，電池的阻值、倍率等性能均優於薄箔材，但是由於其厚度增加，勢必會導致電池能量密度的降低。對於極耳與箔材的原理一致，橫截面積越大，其阻值越小，另外，電池極片的長短、寬度以及電池的大小也會對電池的快充性能有一定的影響。（低塗布量、低壓實密度對於鋰離子電池的快充性能以及壽命均比較友好。）
提高孔隙率和負極厚度可以抑制析鋰，但同時會降低能量密度。負極材料的多孔性對電池的快充性能有至關重要的影響作用，負極材料孔隙多有利於電解液滲透。孔隙多意味著電極極片材料的壓實會小，導致電極片的電子導電性變差。因此合理設計電極孔隙對快充電池的性能有一定提升作用。同時電極的面密度也能對電池的快充性能產生重要的影響作用。設計具有快充特性電芯時，需要合理確定所用正負極片的孔隙率和面密度。上述事例中面密度的改變即是塗覆厚度的改變，電極孔隙率的改變即是電極壓實密度的改變。壓實密度相對低、塗覆厚度相對薄將有利於快充電池性能的提高。
負極與正極材料的容量比值(N/P)會顯著影響鋰沉積，商業鋰離子電池中N/P常大於1，較高的N/P有助於減輕負極的機械應力，減少SEI形成和活性鋰的損失。在NMC811/石墨電池中，N/P比會隨著充電倍率的增加逐漸降低，這是由於石墨的面容量比NCM811的面容量隨充電倍率的增加減小得更劇烈，N/P比在0.1C為1.15, 3C時為1.0, 4C時為0.5。研究表明，充電後的靜置過程中，在負極主要區域析出的鋰金屬在濃度梯度的驅動下會擴散到負極凸出的部分。隨後的放電過程中，正極邊緣處會相應接收更多的鋰。繼續充電，多餘的鋰轉移到正極邊緣對應的負極和負極凸出區域。這會導致局部的鋰濃度升高和電位降低的現象，增加了析鋰的可能性。因此，負極凸出區域應該設計得儘量小以避免析鋰。
5.3 結構設計因素
電池的幾何參數也是影響快充能力的重要因素。電池的形狀會影響電流密度和溫度的分布，大尺寸的電池更有可能造成溫度和電流的不均勻分布。極耳的位置、材料、結構和焊接工藝對於電流密度的均勻分布、限制局部產熱和延緩老化非常重要。
鋰離子電池的內部結構根據其製作方式主要分為4種：普通結構、極耳中置結構、多極耳結構、疊片結構。普通結構正負極只有一個極耳，極耳位於極片的一端，通過卷繞的方式製作；極耳中置結構極耳位於極片的中部，一般通過雷射清洗、間隔塗布、貼膠帶等方式處理，電池的內阻較小，倍率性能較好；多極耳卷繞極片有多個極耳，極耳位置根據設計各有不同，電池電阻更小，電池的倍率性能更好；疊片電池通過將極片裁切成特定的形狀，通過正負極交替摺疊製作，每層中都有一個極耳，疊片式電池的電極之間相當於是並聯關係，卷繞式則相當於是串聯，因此前者內阻要小的多，更適合用於功率型場合。
另外也可以在極耳數目上下功夫，解決內阻和散熱問題。
總之，影響電池內部電荷移動和嵌入電極孔穴速率的因素，都會影響鋰電池快速充電能力。
5.3.1 極耳中置結構
有實驗研究了極耳位置對於鋰離子電池性能的影響，極耳的位置對於鋰離子電池內阻以及倍率有明顯的影響，極耳處於正負極的中間時，電池的內阻以及倍率性能最好，其性能接近疊片工藝的電池。圖9為極耳中置結構與正常結構的對比圖，常規結構極耳位於極片的一端，極耳中置結構極耳位於電池極片的中部。
表1為兩種結構的電池性能差異，同一型號採用極耳中置結構以及非極耳中置結構電池內阻、直流電阻(DCR)相差較大，常規結構內阻達到30mΩ，極耳中置結構內阻只有17mΩ；50%荷電態下常規結構的DCR為56.6mΩ，極耳中置結構為47.4mΩ。
在電池倍率性能方面，二者的小倍率性能差異不大，大倍率差異明顯。其主要原因是極耳中置結構極耳在極片的中部，放電過程中電子從中間向兩端擴散，電流較小時，載體通過電子能力足夠，而大倍率時，電子數目過多，通道阻塞，導致其大倍率性能差，同時極片也會產熱，導致其循環性能差。
5.3.2 多極耳卷繞
圖10為多極耳卷繞結構與常規極耳結構，多極耳卷繞技術在載體中切割出固定的極耳形狀，卷繞完成之後再將載體焊接極耳引出，形成多極耳電池。多極耳卷繞由於其極耳更多，且分布更均勻，這種結構的電池倍率性能更好，充放電溫升更小，適合大功率設備。
圖10 常規極耳與多極耳卷繞結構
多極耳結構的優勢有：進一步降低電池阻抗，提高電池大倍率充放電性能，支持5C~10C放電；有效降低電池高倍率放電下的溫升，10C放電電池表面溫升低於20℃；電池溫度低，顯著增加電池循環使用壽命。
表2為多極耳結構對比極耳中置結構的性能優勢：多極耳卷繞電池的內阻比極耳中置電池小很多，其恆流充電容量占總容量的百分比也較大。
5.3.3 疊片技術
相比多極耳卷繞，疊片電池每層都引出一個極耳，此種結構製作的電池快充性能是目前各種結構中最高的。圖11為疊片結構電池示意圖。
目前主流的極耳中置結構、多極耳卷繞、疊片技術均可以大幅度提高電池的快充水平以及循環壽命。
5.4 其他因素
5.4.1 導電網絡的構建
通常採用導電性更好的材料作為導電劑添加劑，形成導電網絡，這樣能夠進一步提升鋰離子電池的快充性能。常見的導電劑有碳納米管(CNT)、炭黑(SP)等。導電劑的加入量必須適當，過少可能不能構築成有效的導電網絡，過多會降低電極中活性物質的含量，使能量密度降低。構建導電網絡能夠優化電極材料的電學性能，對實現快充鋰電池具有現實意義。
5.4.2 粘結劑與塗炭載體的影響
粘結劑作為鋰離子電池的輔料，在電池中的用量非常少，但其對於電池性能的影響非常大，其主要作用是改善電池的阻值，提升電池的性能以及壽命。通過採用不同的合成方法以及調整SBR的表面可以提升電解液對於SBR的浸潤性，達到提升電池的低溫以及倍率性能的目的。
通過對鋰離子電池集流體進行導電塗層改性，集流體與鋰離子電池的活性物質之間的粘結力大幅度提升，電池的阻抗明顯減小，可以明顯提升鋰離子電池的大倍率充放電性能。另外，在實際使用過程中，改性載體的使用還可以改善極片頭尾厚度差異大的問題，可以進一步提升鋰離子電池的壽命。
此外，電池Pack性能和單體性能之間的關係還不是很明確。儘管已有許多關於電池單體的快充模型，但很少有研究嘗試將其擴充到Pack設計上，這是由於Pack設計時需要考慮更多的參數。快充電池Pack的設計目前還存在很多問題：1）快充Pack需要電池單體的高性能及單體間的低不一致性；2）對電池的監控和平衡需要更多傳感器和電路控制的先進BMS；3）需設計先進的熱管理系統以維持安全溫度，降低電池和Pack內的溫度差異。
快速充電策略
儘管材料層級的很多解決方案都有不錯的效果，但其商業化在近期實現還很困難。研究者將快充解決方案轉移到電池和Pack層級，以在短期內可以實現應用。充電策略的設計是解決此問題的關鍵。
6.1）充電策略
6.1.1）標準充電
CCCV是目前最常見的充電協議，即先恆流充電至截止電壓（CC階段），再恆壓充至接近0的小電流（CV階段）。恆壓過程可以使電極材料內的離子濃度分布更均勻，對於材料發揮出高比容量至關重要；但恆壓時的電流逐漸減小，使CV的充電時間明顯比CC長。CC-CV充電模式的簡單可操作性使其成為最廣泛應用的標準充電協議。但是很多其他重點策略可以減少充電時間、提高充電效率、提高容量/功率保持率。圖12展示了幾種常見的快充策略曲線。
a)恆流-恆壓(CC-CV)；
b)恆功率-恆壓(CP-CV)；
c)多階段恆流-恆壓(MCC-CV)；
d)脈衝充電；
e)CC-CV-CC-CV模式持續充電(Boostcharging)；
f)變電流充電(VCP)
6.1.2）多階段恆流充電
許多研究提出調整充電過程的電流可以減緩電池的老化同時減少充電時間。這些研究的目的經常是減少產熱，避免析鋰或者減少機械應力。MCC是最早用於快充的策略之一，它包含了兩步或多步的恆流階段，後伴隨著一個恆壓階段。由於開始充電的負極電位不容易下降到析鋰電位，因此早期的CC階段電流較大。但是一些研究者採取相反，即CC段電流逐漸增大的充電策略，這是因為電池內阻會逐漸降低。
6.1.3）脈衝充電
脈衝充電過程中，電流呈現周期性的變化，以降低濃差極化，避免局部電位變負或降低因局部鋰離子脫嵌造成的機械應力增加。
下面是脈衝充電曲線，主要包括三個階段：預充、恆流充電和脈衝充電。如圖13
在脈衝充電過程中，電池電壓下降速度會漸漸減慢，停充時間T0會變長，當恆流充電占空比低至5%～10%時，認為電池已經充滿，終止充電。
與常規充電方法相比，脈衝充電能以較大的電流充電，在停充期電池的濃差極化和歐姆極化會被消除，使下一輪的充電更加順利地進行，充電速度快、溫度的變化小、對電池壽命影響小，因而目前被廣泛使用。
但其缺點很明顯：需要一個有限流功能的電源，這增加了脈衝充電方式的成本。
6.1.4）增強充電
初始充電階段用較大的平均電流，隨後減小電流進行CC-CV充電。充電第一階段可以是CC階段(整個充電策略等同於MCC-CV)，電池電壓達到設置的最大電壓後的CV階段(CV-CC-CV)，或者一個完整的CC-CV階段(CC-CV-CC-CV)。相比於CC-CV，此策略設置更高的電流和電壓以降低總的充電時間。但是，相同的充電時間下，增強充電相比於CC-CV的容量衰減更快，脈衝充電則和CC-CV沒有明顯區別。一些研究者表明，CC-CV適合於大功率的電池快充，MCC常用於容易析鋰的充電場景。
6.1.5）變電流充電
為了達到快充目的，研究者提出了一系列更複雜的變電流充電曲線，包括VCD，UVP等。隨著電池老化，電流曲線需要根據相同電壓下內阻的變化而調整。除老化因素外，電流在初始充電階段總是很低，隨即快速升高，這是由於0%SOC的電池內阻最大，之後迅速降低。最大電流常出現在較低SOC區，之後由於顆粒的嵌鋰量增加，Li的傳輸受限等原因，電流逐漸減小。此外，充電過程中溫度在電池和Pack內部的分布十分重要，但充電控制策略往往只將表面溫度作為衰減主要因素考慮。
Schindler將圖14不同充電策略結合對電池進行循環實驗，並與CC-CV對比，研究電池在不同循環下的容量衰減。結果表明，結合所有充電策略進行循環實驗，電池在800次循環後保持80%的容量，在所有循環中表現最好；只有CC-CV循環的電池衰減到相同容量僅用了400次；而CC-CV和冷降額結合的循環下，電池僅循環了330次，表現最差。
大多數快充策略只在標準溫度和特定的電池構型中才有效。由於大電流會引起電極顆粒內部的更大機械應力，同時伴隨顯著的電流和溫度分布不均勻，因此快充用於不同類型電池時需當心。當前很多充電策略的普適性還缺乏進一步的實驗驗證。隨著電動車在低溫地區的推廣，需要更多低溫下的快充策略的研究。此外，決定電池性能的是其本身溫度而非環境溫度，電池溫度在充電過程中的變化也需要考慮。最後，Pack水平上不同充電策略的影響還亟待研究。
6.2）基於模型的策略優化
6.2.1）基於ECM模型的快充策略
一些研究者基於等效電路模型進行充電策略優化，他們利用公式將這些模型嵌入到單目標或多目標的優化約束問題。在這些問題中，一階或高階等效電路模型被用來描述電池行為，通過設置多個成本函數以達到最大的充電效率或最小的充電損失。
基於等效電路模型建立熱-電-老化耦合模型，可以描述充電引起的熱效應或電池老化，並且可以基於模型對電池升溫和老化進行快充優化。除了常用的集總模型，一些強化的模型能分離電池內部和表面的溫度，或提高大倍率下的仿真精度。結合充電倍率、活化能、總放電容量和溫度等，可以利用阿倫尼烏斯公式準確模擬老化現象。
一旦優化問題的框架建立，就能根據成本函數和約束條件開發合適的算法進行快充控制。常見的算法包括：動態規劃、Pontiac最小原則、遺傳算法、LGR偽譜法和最小-最大策略等。
等效電路可以描述電池的外部特性，但是不能提供其內部狀態信息，尤其是充電過程中的副反應，如SEI膜增厚、鋰沉積等。因此，電化學模型受到了關注。
6.2.2）基於電化學模型的快充策略
電化學模型可以估計電池內部狀態(固相/液相電勢、離子濃度和反應流量等)以預測充電過程中的副反應，最常用的電化學模型是Doyle, Fuller和Newman提出的P2D模型。但是在全階模型(FOM)中，求解偏微分方程(PDE)的計算量很大。因此，研究者們基於FOM進行了大量的簡化工作以提高計算速率。一些模型也加入了副反應以更真實模擬電池內部情況。近年來，一些具有物理意義的ECM也可用於描述電池內部的電化學過程，且其參數辨識比P2D更簡單。
綜上所示，基於模型的優化充電優化通常優先使用ECM、SP、ROM等而非FOM，這是由於前者計算量小，更適用於實車應用。但這通常是以犧牲精確度為代價的，因此在某些濫用工況如快充模擬時需要小心驗證。雖然目前已有許多基於模型的優化方法，但很少有模型結果能與實驗數據完全吻合，而且這些吻合也僅適用於新鮮電池場景，針對電池長期的老化模型建立問題亟待解決。
熱管理的影響
快充常伴隨著大量產熱與產熱不均勻問題，低溫下的大倍率充電對電池壽命和安全損傷很大。因此，有效的熱管理對實現所有條件下的無損快充十分重要。電池熱管理系統在不同溫度的設計會有很大差異。冷卻Pack時需要高的熱導率，而低溫時Pack則需要更好的熱絕緣性以使自身保持足夠熱量。根據溫度調節熱導率是解決問題的一個方法。
7.1）冷卻
電動車Pack常見的冷卻媒介有空氣、液體和相變材料(PCM)。空氣冷卻系統成本低且簡單，但由於其熱容較低熱導率較差，空氣冷卻速率和溫度一致性都較差，不適用於快充系統。液體的冷卻效率比空氣高3500倍，但其成本高、系統複雜且存在泄漏的可能。為了避免短路，冷卻介質必須是絕緣體，常用的液體包括去離子水和礦物油。PCM冷卻是利用材料的相變過程吸收電池產熱，但其缺點也很明顯：室溫很高時，即使電池沒有產熱PCM也會完全融化，低熱導係數的液態PCM反而會阻礙電池的散熱。
由於快充不可避免會進一步惡化溫度分布的不均勻性，高效均一的冷卻技術相比於標準充電時更重要。電池內部相對於表面的導熱性更差，同時電池表面通常和冷卻系統連接，這些因素加劇了電池內外溫度的分布的不均一性，在電池模組和Pack中也有類似問題。
最後，一些電動車充電樁在提升快充速率的同時，會根據充電條件配置相應的外部冷卻系統。如果可以實現，這種方法將減少車載冷卻系統的成本。
7.2）低溫環境下的預熱
鋰離子電池的低溫快充十分困難。本部分僅介紹快速加熱整個電池的方法，因為快速加熱對於快充而言不可或缺。內部加熱法因其高效性和高度均勻性而受到青睞。常見的四種方法為：
1）自放電加熱。這種方法效率較低；
2）電池驅動電熱絲並配合風扇加熱。這種方法加熱速度相對較快但效率還不夠高且加熱不均勻；
3）雙向脈衝加熱。即將一個電池Pack分為兩組等容量的電池，電量在兩組電池之間進行脈衝交換，利用內阻進行加熱。這種方法效率較高，主要受DC/DC轉換的限制，仿真結果表明此方法可以在120s內將2.2Ah的18650電池從-20℃加熱到20℃；
4）交流電加熱。這種加熱的方法更快，但其對電池老化和循環穩定性的影響尚不明確。設計鋰離子電池構型以實現快速預加熱也是解決低溫快充的途徑之一。例如，可以在兩層單面的負極層中間插入電化學分離的鎳箔，通過開關控制直流電流流經鎳箔進行快速加熱。
儘管內部加熱方法更有效且使溫度分布更均勻，但內部加熱與快充耦合對電池循環壽命影響的研究還很少。由於電流更容易經過低電阻區域，相應區域溫度會升高，因此即使預熱導致的很小的溫度梯度也會在快充時被放大。由於內部溫度難以從實驗上測量，因此需要進行循環測試或建立可靠的模型對預加熱方法進行評估。鎳箔預加熱儘管很有前景，但其需要設計非標準的電池且會增加重量以及其他可能的問題。
安全性
8.1）快充對熱失控的影響
研究表明快充後電池的熱失控行為會發生變化。例如，對快充後的高能量軟包電池進行ARC測試後發現，與新鮮電池相比，快充後電池的熱失控溫度會明顯降低，而若有足夠的靜置時間，這些影響可以消除。隨著靜置時間的延長，析出的鋰逐漸重新嵌入負極，部分鋰和電解液反應形成新的SEI膜。因此，參與熱失控過程的鋰會減少，電池的熱失控特徵逐漸恢復到新鮮電池水平。
熱失控由一系列的鏈反應引起。新鮮電池的熱失控通常是由短路引起的，隨後電解液發生反應，電池溫度達到最高。而快充後的電池熱失控過程可以分為三個階段，如圖15所示。
第一階段(60℃ < T< 110℃)，析出的鋰與電解液反應加熱電池，SEI膜不斷破裂與再生，此時溫度相對較低。
第二階段(熱失控誘發階段)，鋰金屬在與電解液的反應中被大量消耗，造成溫度急劇升高。隔膜收縮，正負極接觸。
第三階段(熱失控至最高溫度)，由於溫度突然升高，正負極與電解液及正負極之間開始發生反應。最終電池溫度達到最高並發生熱失控。
8.2）過充引發的熱失控
一些快充的電池Pack由於電池單體間的不一致性可能會過充，極可能導致熱失控。這個過程可以分為4個階段：
階段1(100% < SOC < 120%)：電壓超過充電截止電壓後開始緩慢增加，此時過量的負極材料還能正常嵌鋰以保證安全性。電池材料的一些副反應可能會被誘發，電池內阻和溫度有輕微增加。
階段2(120% < SOC < 140%)：由於過度脫鋰，正極的過渡金屬離子例如Mn2+開始溶解。同時由於電壓超出了電解液的電化學窗口，電解液也開始發生氧化。負極無法接收更多的鋰離子開始不穩定並發生析鋰，鋰金屬與電解液反應形成新的SEI膜，增加電池內阻。過充產生的焦耳熱會使電池溫度顯著增加。
階段3(140% < SOC < 160%)：電池材料的放熱反應迅速趕上並超過的電流的焦耳產熱，並成為主要的產熱方式。電解液氧化大量產熱並伴隨著產氣，造成電池包膨脹。隨著析鋰量的增加，其與電解液的副反應也更加劇烈。SOC接近160%時，正極中的Mn2+大量溶解。正極結構開始變化，電池電壓達到最大值並開始逐漸降低。
階段4 (140% < SOC < 160%)：電解液分解大量產氣導致電池包突然破裂。隔膜破裂，電池內部發生大面積內短路，最終電池發生熱失控。
基於電池內部材料和反應動力學，人們提出了兩種設計方法保護電池避免過充：
1）將電解液的氧化電位從4.4V提升至4.7V，這可以使電解液更穩定，發生熱失控的SOC增加至183%。向電解液中加入功能添加劑或能發生可逆氧化還原反應的添加劑可以實現這一目標。
2）將電池熱失控溫度提升至300℃以延緩大面積內短路的發生，發生熱失控的SOC增加至180%。通過優化電池的壓力設計，或使用高熱交換穩定性的隔膜，可以延緩電池包的破裂。
結論
隨著新能源電動汽車續航里程的不斷增加，里程焦慮問題得到有效緩解。當前新能源汽車有待解決的問題也開始轉向如何縮短充電時間，因此開發具有快充特點的動力鋰電池成為解決電動汽車市場占有率偏低的有效方法。然而如何設計出具有快充特點的電池卻不是一件簡單的事情，這需要從許多方面深入研究。包括正負極材料的選擇、電解液的 選擇、隔膜的選擇、電極設計的合理選擇以及充電策略的合理選擇等。快充電池的開發也要充分考慮電芯的產熱，在電芯設計開發過程中如果能夠解決 電芯產熱過高問題，必將能夠提高快充電芯競爭力。動力電池應該具有快速充電的能力、低產熱性、適合電動汽車使用的電池能量密度要求也要兼顧長循 環壽命的特點。
儘管這些年已有很多針對快充的研究，但仍存在很多問題：
1） 時至今日，仍然沒有一種可靠的車載方法能夠檢測電池的老化（如析鋰和機械破裂）。基於電壓平台的析鋰檢測方法有望實現在線應用，但是如何有效區分鋰溶出平台和其它現象，以及檢測無電壓平台的析鋰，還沒有相關的研究。
2）許多新型電極材料具有較好的快充能力，但其在穩定性、衰減機理、規模化生產以及成本上還有待商榷。儘管石墨負極非常容易析鋰，但考慮到成本、應用廣泛度及技術的成熟度，石墨將在可預見的未來占據鋰離子電池負極材料的主要市場。
3）現有的模型方法有明顯的局限：基於ECM的模型不能預測電池的內部狀態，只能在有限的範圍內使用。另一方面，高精度的FOM模型由於計算量大而無法實時應用。因此需要一個降階模型準確描述電池的內部核心狀態，以應用在未來的快充BMS系統中。
4）很多快充策略都是基於經驗或實驗開發的，其結果只對特定構型的電池或特定工況適用，而不能擴展到其他類型電池。此外，許多基於模型的充電優化研究都是基於SP或ECM模型，大電流下模型預測精度往往不夠。
5）當前關於低溫下快充優化的策略研究很少，而這些研究對於電動汽車在寒冷地區的推廣應用至關重要。
6）為了進一步優化電池包中單體電池的充電過程並避免局部的老化或過充，還需開發具有平衡電池一致性的先進BMS系統。
7）儘管已有很多研究致力於熱管理系統的設計，但對各種預加熱和冷卻系統的效率以及均勻性還需要深入評估。幾乎沒有研究者評估交流電預加熱耦合快充對電池壽命的影響。優化極耳設計、冷卻系統的位置和幾何形狀也是改善溫度和電流均勻性的重要手段。外部冷卻技術耦合充電樁也是降低車載冷卻系統成本和質量的重要方法，但其真實效果還有待進一步觀察。
8）最後，電池單體與Pack的衰減速率關係尚不清楚。許多充電和預加熱策略雖然在電池單體上有效，但其在Pack上應用的效果、可行性以及成本還缺乏研究。一些單體電池有效的充電策略應用到Pack上可能會造成溫度和電流密度分布的不均勻，因此任何非傳統的充電技術在實際應用前都需要大量研究。此外，幾乎沒有模型考慮了電池包內部單體間不一致性的影響。由於快充會放大不一致性，多尺寸的研究亟待展開。多尺寸的研究對於電池的單體集成和Pack設計至關重要。
附錄：電池企業解決方案
電池快充技術作為解決電動汽車充電便捷性的關鍵突破口，也成為了動力電池企業參與未來市場競爭的核心競爭力，正在快速疊代創新。針對動力電池超級快充技術，包括寧德時代、中創新航、蜂巢能源、孚能科技、億緯鋰能、巨灣技研等電池企業都給出了其針對性的創新解決方案：
寧德時代：CTP3.0麒麟電池
2022年6月23日，寧德時代發布CTP 3.0麒麟電池，材料體系兼容三元材料和LFP，體積利用率突破72%，系統能量密度分別達到250Wh/kg 和160Wh/kg，兼具安全無熱擴散技術，支持5分鐘快速熱啟動及10分鐘10%-80%快充，具備4C快充能力。
麒麟電池將於2023年量產上市，極氪將成為麒麟電池全球量產的首發品牌，整車續航超1000km。
中創新航：800V高壓平台快充鐵鋰/三元電池
中創新航為小鵬G9提供的基於800V高壓平台研製的全新一代鐵鋰電池和中鎳高壓三元鋰電池，在電芯材料、電池結構與工藝製造上都有創新，具有高安全、高比能、長壽命等突出優勢。
其中，鐵鋰電池採用新型快充電解液，兼具快充、高功率、長循環性能，電池循環壽命超過2500次。
三元電池通過構築多維高速導鋰通道，不斷提升鋰、鎳資源的利用率，能量密度達到250Wh/kg，續航里程未來可突破1000km；同時通過多元素均質摻雜、元素定向梯度分布等多項技術的運用，在獲得高能量密度的同時，最大限度實現產品安全和性能穩定。
蜂巢能源：蜂速4C快充電芯
蜂巢能源旗下短刀片電池全品類提供包括蜂速4C快充技術、面向未來的800V電池系統、適應800V高壓平台的高效熱管理技術、冷蜂熱阻隔技術，其中L300主打2.2C～4C快充體系，適配800V高端車型。
蜂巢能源蜂速快充基於前驅體定向生長精準控制技術和多體度立體參雜技術，可實現充電10分鐘，行駛400公里。第一代蜂速快充電芯為158Ah電芯，能量密度250Wh/kg；第二代4C快充電芯產品容量165Ah，能量密度大於260Wh/kg，預計2023年2季度量產。
孚能科技：SPS解決方案
9月9日，孚能科技推出了全新動力電池解決方案——SPS，集大軟包電芯、大軟包電池系統、大軟包電池製造和直接回收四項創新技術於一體。
孚能科技SPS電池系統採用大軟包電芯臥式布置設計，使電池系統部件減少 50%，材料成本降低 33%，體積利用率提升至75%，支持 800V平台和4C 快充，充電 10 分鐘續航400 公里。
欣旺達：超級快充電池SFC480
2022年底量產的超級快充電池SFC480，體積利用率突破72%，充電功率高達480kW，充電10分鐘續航可以超400公里，一次充滿電續航長達700公里，未來產品續航里程可以從700公里疊代提升至1100公里。另外，該電池在-20℃的低溫下，能量保持率仍能高於85%，適用於國內大部分地區的環境氣候。
2022年9月3日，欣旺達在超充電池SFC480產品發布會上，介紹了該產品搭載的四項自主關鍵技術。
材料體系創新
產品採用高電壓低鈷中鎳三元材料，能量密度與高鎳相當的同時，安全性優於高鎳。通過複合包覆及R元素摻雜，提升高壓增加能量，同時提升材料表面及晶格穩定性。
結構體系創新
高精度疊片：疊片精度達到±0.1mm，達到行業先進的水平，疊片中CCD在線檢測，保障疊片精度，疊片後100%CT檢測，零不良流出。同時通過AI算法技術，實現了從製片缺陷、疊片對齊度到電芯外觀的全過程智能化檢測
電芯無連接片：無連接片設計類似於大圓柱電池，取消了極耳轉接。每一層都有極耳並且極耳更寬，過流能力大幅提升。整體設計能讓電芯的內阻下降3%，相同超充電流下溫升降低2.5℃；
高精度疊片技術疊加無連接片設計讓電芯獲得更高的能量密度、更穩定的內部結構、更高的安全性以及更長的循環壽命。
工藝創新
多孔指的是電極內材料間的空隙，CPE技術較傳統工藝使電芯電極厚度增加約15%，以獲得更高的能量密度，同時獲得更好的動力學性能。另外，CPE技術在成本層面更有優勢。
Pack結構創新
超充電池SFC480 PACK結構採用第三代CTP，集成度高達72%且NTP（No Thermal Propagation無熱蔓延）。欣旺達獨有的3D液冷技術，可實現常溫、高溫情況下的快充散熱，以保證「5min-200km」的快速補能需求，同時可以兼顧低溫加熱效率，來實現「-20℃，85%的能量保持率」。
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祝大家新的一年「快衝」
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參考文獻：
英國帝國理工學院Gregory Offer課題組、清華大學歐陽明高院士課題組和法拉第研究所的Billy Wu 聯合殼牌石油公司的研究人員聯合在國際交通電動化雜誌 eTransportation 上發表了關於鋰離子電池快充的綜述文章（Lithium-ion battery fast charging: A review）