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快(kuai)充技術(shu)飛速發展，在享受快(kuai)充好(hao)處的同(tong)時(shi)，很多人(ren)也有一個存(cun)疑(yi)，快(kuai)速充電對鋰離子電池的壽(shou)命(ming)有影響嗎(ma)？

首先我(wo)們來(lai)了(le)解什(shen)么是(shi)充(chong)(chong)電(dian)(dian)速(su)(su)率(lv)，一般(ban)來(lai)講以倍(bei)率(lv)來(lai)描述電(dian)(dian)池(chi)的(de)充(chong)(chong)電(dian)(dian)速(su)(su)率(lv)，例如1C倍(bei)率(lv)指的(de)是(shi)電(dian)(dian)池(chi)在(zai)1小時內(nei)充(chong)(chong)滿所(suo)有(you)的(de)電(dian)(dian)量，2C倍(bei)率(lv)則指的(de)是(shi)在(zai)0.5h內(nei)將電(dian)(dian)池(chi)電(dian)(dian)量完全充(chong)(chong)滿，也就(jiu)是(shi)說(shuo)倍(bei)率(lv)越大充(chong)(chong)電(dian)(dian)速(su)(su)率(lv)越快(kuai)，充(chong)(chong)電(dian)(dian)時間為充(chong)(chong)電(dian)(dian)倍(bei)率(lv)的(de)倒(dao)數。

一(yi)般(ban)來講，快速充(chong)電(dian)(dian)(dian)會導(dao)致鋰離(li)子(zi)(zi)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)(chi)內阻增(zeng)加(jia)(jia)，容量下降。我們現在就要了(le)解(jie)一(yi)下這其(qi)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)機理。目前商用鋰離(li)子(zi)(zi)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)(chi)主(zhu)要的(de)(de)(de)負(fu)(fu)(fu)極(ji)(ji)(ji)(ji)材料為石墨(mo)(mo)類材料，石墨(mo)(mo)材料的(de)(de)(de)使(shi)(shi)用很大(da)程度上解(jie)決(jue)了(le)金屬鋰負(fu)(fu)(fu)極(ji)(ji)(ji)(ji)枝晶(jing)析出(chu)的(de)(de)(de)問(wen)題，大(da)大(da)提高(gao)了(le)鋰離(li)子(zi)(zi)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)(chi)的(de)(de)(de)安全性，使(shi)(shi)得(de)(de)鋰離(li)子(zi)(zi)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)(chi)的(de)(de)(de)得(de)(de)以(yi)商業化(hua)(hua)應用。目前常見的(de)(de)(de)石墨(mo)(mo)負(fu)(fu)(fu)極(ji)(ji)(ji)(ji)材料包(bao)(bao)括(kuo)天(tian)然石墨(mo)(mo)、人造(zao)石墨(mo)(mo)等(deng)種(zhong)類，在鋰離(li)子(zi)(zi)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)(chi)充(chong)電(dian)(dian)(dian)的(de)(de)(de)過(guo)(guo)程中(zhong)(zhong)(zhong)，Li+從正極(ji)(ji)(ji)(ji)遷移到(dao)負(fu)(fu)(fu)極(ji)(ji)(ji)(ji)，并嵌入到(dao)石墨(mo)(mo)材料的(de)(de)(de)層狀(zhuang)結(jie)構之(zhi)中(zhong)(zhong)(zhong)，形成LiC6的(de)(de)(de)化(hua)(hua)合物，使(shi)(shi)得(de)(de)負(fu)(fu)(fu)極(ji)(ji)(ji)(ji)呈(cheng)現出(chu)金黃色。負(fu)(fu)(fu)極(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)嵌鋰過(guo)(guo)程主(zhu)要包(bao)(bao)括(kuo)Li+在電(dian)(dian)(dian)解(jie)液和(he)SEI膜中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)擴散，負(fu)(fu)(fu)極(ji)(ji)(ji)(ji)表面(mian)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)荷交換，已經Li在固相(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)擴散等(deng)過(guo)(guo)程組(zu)成，這些過(guo)(guo)程將直接對鋰離(li)子(zi)(zi)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)(chi)的(de)(de)(de)充(chong)電(dian)(dian)(dian)速率(lv)產生影響。在鋰離(li)子(zi)(zi)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)(chi)充(chong)電(dian)(dian)(dian)的(de)(de)(de)過(guo)(guo)程，負(fu)(fu)(fu)極(ji)(ji)(ji)(ji)會產生濃差極(ji)(ji)(ji)(ji)化(hua)(hua)和(he)電(dian)(dian)(dian)化(hua)(hua)學(xue)極(ji)(ji)(ji)(ji)化(hua)(hua)，這都(dou)會導(dao)致負(fu)(fu)(fu)極(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)勢要低于(yu)其(qi)實(shi)際的(de)(de)(de)穩態電(dian)(dian)(dian)勢，而且隨著充(chong)電(dian)(dian)(dian)速率(lv)的(de)(de)(de)增(zeng)加(jia)(jia)，極(ji)(ji)(ji)(ji)化(hua)(hua)會進一(yi)步加(jia)(jia)重，這一(yi)方面(mian)會加(jia)(jia)劇副反應的(de)(de)(de)發生，另一(yi)方面(mian)會導(dao)致在負(fu)(fu)(fu)極(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)表面(mian)形成金屬鋰鍍層和(he)鋰枝晶(jing)，引發鋰離(li)子(zi)(zi)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)(chi)的(de)(de)(de)安全性問(wen)題和(he)容量下降。

美國阿貢國家實驗室的L. Somerville對充電速率對石墨負極的影響進行了研究。研究顯示，在0.7C到4C倍率范圍內，電池性能的衰降主要與SEI膜的厚度增加有關，而SEI的成分沒有發生明顯的變化。但是在6C的倍率下進行充電，SEI膜的成分發生的顯著的改變，這也導致了鋰離子電池的內阻急劇增加。進一步的研究還發現，在卷繞型電池中，電芯中間部分的SEI膜更厚和并且成分也與其他部分的SEI膜不同，這可能是因為在生產過程中電池浸潤不均勻造成的局部溫度升高造成的，這種SEI膜厚度和成分上的不均勻，會造成電池在6C充電倍率下，粘結劑發生化學變性，造成活性物質從集流體上脫落。
實驗(yan)中(zhong)L. Somerville采用了(le)商(shang)業的(de)NMC/石墨18650電(dian)(dian)池，以(yi)盡可(ke)能(neng)還原(yuan)商(shang)用鋰離子(zi)電(dian)(dian)池中(zhong)石墨負極(ji)的(de)工作狀(zhuang)態。充(chong)電(dian)(dian)速(su)率被設定為0.7，2，4，6C，放電(dian)(dian)速(su)率為C/3，電(dian)(dian)池溫度控(kong)制在25℃。

通(tong)過拆(chai)解(jie)循(xun)環后的(de)電(dian)(dian)(dian)池，隨著充電(dian)(dian)(dian)速率(lv)的(de)增加，負極(ji)(ji)的(de)顏(yan)色(se)也發(fa)生了改變，在0.7C和2C的(de)充電(dian)(dian)(dian)倍(bei)率(lv)下，電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)呈現(xian)了均一的(de)顏(yan)色(se)，而到(dao)(dao)充電(dian)(dian)(dian)倍(bei)率(lv)提高(gao)到(dao)(dao)4C，電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)的(de)中間位置呈現(xian)出(chu)(chu)了灰色(se)，而在6C的(de)倍(bei)率(lv)下，不但中間部分(fen)的(de)電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)呈現(xian)除(chu)灰色(se)，中間部分(fen)的(de)活性物質(zhi)還出(chu)(chu)現(xian)了脫落的(de)現(xian)象。SEM掃描發(fa)現(xian)，在0.7C和2C的(de)倍(bei)率(lv)下，電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)表(biao)面呈現(xian)除(chu)原始的(de)狀(zhuang)態(tai)(tai)，但是在4C的(de)倍(bei)率(lv)下，電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)表(biao)面開始出(chu)(chu)現(xian)一些亮點，6C的(de)倍(bei)率(lv)下，電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)的(de)表(biao)面狀(zhuang)態(tai)(tai)則明顯不同了，由于SEI膜厚度(du)的(de)增加，已經難以分(fen)辨單獨的(de)石墨顆(ke)粒了。

該項研究顯示，快速充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)對鋰離子(zi)電(dian)(dian)(dian)池的(de)(de)影(ying)響(xiang)有兩個方面：1）不(bu)同充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)倍(bei)(bei)率(lv)(lv)(lv)的(de)(de)影(ying)響(xiang)不(bu)同，2）對電(dian)(dian)(dian)極(ji)中間和兩段(duan)的(de)(de)影(ying)響(xiang)不(bu)同。在(zai)相(xiang)同的(de)(de)充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)倍(bei)(bei)率(lv)(lv)(lv)下(xia)，電(dian)(dian)(dian)極(ji)中間部分(fen)的(de)(de)SEI膜(mo)要比兩段(duan)的(de)(de)更(geng)厚，這(zhe)(zhe)可(ke)能是由于電(dian)(dian)(dian)極(ji)中間部分(fen)浸潤不(bu)充(chong)(chong)分(fen)造(zao)成阻(zu)抗增加，充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)過(guo)程(cheng)中溫度上升引起的(de)(de)，這(zhe)(zhe)還會造(zao)成中間部分(fen)電(dian)(dian)(dian)極(ji)的(de)(de)粘(zhan)結劑發生化(hua)(hua)學(xue)變化(hua)(hua)，導致活性物(wu)質脫落。充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)倍(bei)(bei)率(lv)(lv)(lv)對電(dian)(dian)(dian)極(ji)的(de)(de)SEI膜(mo)也有很大的(de)(de)影(ying)響(xiang)，隨著(zhu)充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)倍(bei)(bei)率(lv)(lv)(lv)的(de)(de)增加，SEI膜(mo)的(de)(de)厚度增加，在(zai)6C的(de)(de)倍(bei)(bei)率(lv)(lv)(lv)下(xia)，電(dian)(dian)(dian)極(ji)SEI膜(mo)中包含更(geng)多的(de)(de)高分(fen)子(zi)量化(hua)(hua)合(he)物(wu)和低聚支鏈化(hua)(hua)合(he)物(wu)。

該項(xiang)研(yan)究揭(jie)示了充電(dian)(dian)倍率(lv)對鋰(li)離子電(dian)(dian)池性(xing)能的(de)影響的(de)作用(yong)機理，并(bing)詳細介紹了在(zai)大電(dian)(dian)流充電(dian)(dian)的(de)過程中，石墨負極表(biao)面SEI膜的(de)厚度和(he)成分改變(bian)，并(bing)在(zai)研(yan)究中發現(xian)了電(dian)(dian)極浸(jin)潤不充分造成的(de)在(zai)大電(dian)(dian)流充電(dian)(dian)時，電(dian)(dian)極中間(jian)部分溫度更高(gao)，活性(xing)物質SEI膜更厚，粘結劑(ji)更容(rong)易(yi)發生化學變(bian)化，導致(zhi)活性(xing)物質更容(rong)易(yi)從(cong)電(dian)(dian)極表(biao)面脫落(luo)。

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