5分钟充电75%？Enevate公司300Wh/kg超级快充电池解读

国际消费电子展（CES）是全球最大、影响范围最广的消费类电子技术展会，通常CES是传统消费类电子厂商和IT厂商的舞台，但是今年的CES展会上一家锂离子电池企业却吸引了全球的目光——Enevate公司。Enevate公司在CES展会推出了面向电动汽车的HD-Energy技术，该技术允许锂离子电池在5min内充电75%，同时将电动汽车的续航里程最多提高50%，并且能够让锂离子电池在低温-40℃正常进行充电。

Enevate公司凭借这一技术在“智能汽车与无人驾驶”、“环保设计和可持续技术”和“成就更美好的技术”三个类别中分别斩获“创新大奖”。Enevate公司的首席技术官Dr. Benjamin Y. Park和研发总监Dr. Frederic Bonhomme为我们带来了HD energy技术解读。

传统的锂离子电池一般采用石墨或石墨+Si混合（Si含量一般小于10%）作为锂离子电池的负极，受到石墨负极的动力学条件的限制，在大电流充电时非常容易在负极的表面析出金属Li，导致电池的容量急剧衰降，在低温下电池的动力学条件变差，析锂现象将更为严重。

Enevate公司设计的负极Si含量高达70%，并且所有的负极成分均是能够嵌锂的活性成分，这一设计不但使得Enevate的Si负极能够储存4倍于石墨负极的能量，同时也赋予了该电极快速充电特性、优异的低温特性和杰出的安全特性。

下面是Enevate的Si负极的一些技术指标，供大家参考。

Si含量：>70%；
比容量：3000mAh/g；
在锂离子电池中应用1500mAh/g的负极设计，可以使得锂离子电池的体积能量密度和重量能量密度分别达到800Wh/L和300Wh/kg；
高库伦效率：负极首次效率93%，全电池大约90%；
高压实密度：1-1.5g/cm3；
Si比表面积：<10m2/g；
适合大批量生产工艺。

上图为Enevate所采用的生产工艺，可以看到Enevate的工艺与传统的锂离子电池的生产工艺基本一致，但是Enevate的负极中没有添加到导电剂，而是采用石墨作为导电剂和活性物质，Si材料作为主要的活性物质，同时在Si的表面包覆一层纳米SiC作为保护层，然后通过Enevate公司的特殊处理工艺，将负极牢牢的固定在铜箔上。

下图为采用Enevate的工艺制备的负极与NMC正极材料组成的锂离子电池的循环性能曲线，可以看到在0.5C充放的情况下循环1000次，电池的容量保持率可达85%，表现出了优异的循环性能。

传统的石墨负极锂离子电池在快速充电的情况下，由于负极析Li的问题导致电池容量衰减很快，而Enevate公司制备的负极由于特殊的设计，能够保证在大电流充电时负极不析Li，极大的改善电池在快速充电情况下的循环性能，下图为4C充电／0.5C放电情况下的电池的循环曲线，可以看到电池在循环500次后，容量保持率可达90%，表明该电极具有优异的快速充电特性。在极限情况下采用Enevate负极的电池甚至可以在5分钟内充电75%，而不造成电池显著的容量衰减，这一充电速度是传统石墨电池充电速度的10倍以上。

传统的锂离子电池由于负极析Li的原因，无法在0℃以下进行充电，而 Enevate公司的负极因为独特的设计，使得负极具有极好的Li+扩散特性，从而保证电池在-40℃下也能够正常充电，而不产生析Li问题。

从下图的数据可以看到，在-20℃下分别以0.3C、0.7C、1C、2C、3C、5C和7C倍率下进行充电后，电池的容量没有任何衰降，表明了电池优异的低温性能。

Enevate电池的主要特点可以总结如下

超级快充：能够在5分钟内充电75%，并且不会造成电池的寿命明显的衰降，这是传统石墨负极电池充电速度的10倍以上。
高能量密度： Enevate工艺制备的Si负极，可以将电池的重量比能量提高到300Wh/kg，体积比能量提高到1000Wh/L。
优异的低温性能：Enevate负极能够保证电池在-40℃下正常进行充放电。
安全性能提高：避免在快速充电和低温充电时金属Li的析出，减少电池内短路的风险。

Enevate推出的HD energy技术抓住了动力电池的痛点：能量密度和充电速度。Enevate通过特殊的设计，提高了Si材料的使用量（可达70%以上），极大的提高了负极的容量（最高可达3000mAh/g）。同时这一设计还提高了负极的Li+扩散速度，极大的提高了电池快速充电的特性（最快可在5分钟内充电75%），并且显著改善了电池的低温性能（-40℃正常充电）。Enevate的这项工作很好的解决了电动汽车续航里程短、充电时间长的难题，为电动汽车的推广应用扫除了主要障碍，如果该技术能够将成本控制在较低的范围内，并尽快推广应用，相信在不远的将来，电动汽车将会迅速推广普及，进入寻常百姓家。