文档介绍：充电5分钟,通话10小时?从快充技术谈谈锂电池的材料发展
2016年2月,OPPO在MWC(世界移动通讯大会)发布了一项全新的电池技术—Super VOOC。近10分钟就可将一部手机电池充满!手机电池即将从现在”充电5分钟,通话2小时“进入”通话10小时“的时代。大家看到OPPO展示的“Super VOOC超级闪充”功能,一段在10分钟左右时间就把2500mAh容量电池的手机从5%充到100%的视频让很多人大呼黑科技,广大手机用户发现“屌爆了“。
图1 Super VOOC,VOOC和普通充电效果对比
首先,了解锂电池手机充电的三个阶段(图2): Pre-charge)、 Fast Charge)和恒压充电(CV)。手机电量耗光之后电压降低,当低于一定数值时充电器会使用比较低的电流对锂电池进行预充电。经过一段时间,锂电池电压高于预定数值后,就进入第二个阶段大电流恒流充电,此时适当加大电流可以加快充电速度,具体过程可以参考下图。
图2 锂电池充电过程
当然了,OPPO VOOC技术在电源充电器中采用了两个核心技术:一是分段充电电流控制,另外一个是充电线缆和电池的多线路设置。另外,需要在电池的原材料(电芯
和保护电路PCM板等)进行优化选择让电池本身能够接受这么大的电流。
为了进一步了解快充是什么,需要知道传统锂电池充电的原理。锂电池充电原理即为充放电原理。传统的锂电池充放电过程(图3):
充电过程:正极上锂离子生成—锂离子经电解液运动到负极—锂离子嵌入到负极的石墨碳层的微孔中—嵌入的锂离子越多充电容量越高。
放电过程:锂离子脱离负极石墨碳层—运动回正极—正极锂离子越多放电容量越高。
图3 锂离子电池基本组成
锂离子电池内部需要包括几种基本材料(图4):正极(阴极)活性物质、负极(阳极)活性物质、隔离膜、电解液、包装材料、导电端子和保护电路等。由于锂元素具有较高活性,易氧化和还原,可实现电能和化学能相互转换。因此,锂元素是做电池正极的优选材料。目前,正极材料包括活性成分(钴酸锂(LCO)、三元(NCM)、锰酸锂(LMO)和磷酸铁锂(LFP)等)、集流体(铝箔)、导电剂(导电碳黑)和粘结剂等;负极材料包括活性物质(石墨、硬碳、嵌锂合金等)、集流体(铜箔)、导电剂(导电碳黑)和粘结剂等;隔离膜主要有PE或PP或PP/PE/PP膜等;电解液主要有锂盐溶、溶剂(主要是碳酸酯类)和添加剂组成;包装材料主要有钢壳、铝壳和软包铝塑膜等;电池的导电端子主要是Al和Ni片。
那从电芯材料方面在快充技术方面又是如何发展呢?电池要实现快速充电功能,解决的方向就是如何实现锂离子在电池中快速的嵌入和嵌出,需要降低充放电过程中的阻力,从而提高锂离子的嵌出和嵌入速度。
图4 锂离子电池材料组成
下面将从电芯几个主材、电芯设计和保护板等方面进行阐述。
正极材料

图5 锂离子电池正极材料形貌
常用正极材料具有本征导电率低等问题,那为了实现快充功能,需要选用小颗粒具有优良的导电性能的材料(导电剂包覆钴酸锂等),缩短充放电过程中锂离子的迁移路径,提高迁移速率,从而提高快充性能,对钴酸锂进行包覆掺杂,可提高大电流循环下的电池安全性能等。
Li+
负极材料
图6 锂离子电池负极迁移模型
负极材料相对正极材料具有较高的电导率,可以充分发挥快充性能。充