5分鐘充電75％？Enevate公司300Wh/kg超級快充電池解讀

國際消費電子展（CES）是全球最大、影響範圍最廣的消費類電子技術展會，通常CES是傳統消費類電子廠商和IT廠商的舞台，但是今年的CES展會上一家鋰離子電池企業卻吸引了全球的目光——Enevate公司。Enevate公司在CES展會推出了面向電動汽車的HD-Energy技術，該技術允許鋰離子電池在5min內充電75%，同時將電動汽車的續航里程最多提高50%，並且能夠讓鋰離子電池在低溫-40℃正常進行充電。

Enevate公司憑藉這一技術在「智能汽車與無人駕駛」、「環保設計和可持續技術」和「成就更美好的技術」三個類別中分別斬獲「創新大獎」。Enevate公司的首席技術官Dr. Benjamin Y. Park和研發總監Dr. Frederic Bonhomme為我們帶來了HD energy技術解讀。

傳統的鋰離子電池一般採用石墨或石墨+Si混合（Si含量一般小於10%）作為鋰離子電池的負極，受到石墨負極的動力學條件的限制，在大電流充電時非常容易在負極的表面析出金屬Li，導致電池的容量急劇衰降，在低溫下電池的動力學條件變差，析鋰現象將更為嚴重。

Enevate公司設計的負極Si含量高達70%，並且所有的負極成分均是能夠嵌鋰的活性成分，這一設計不但使得Enevate的Si負極能夠儲存4倍於石墨負極的能量，同時也賦予了該電極快速充電特性、優異的低溫特性和傑出的安全特性。

下面是Enevate的Si負極的一些技術指標，供大家參考。

Si含量：>70%；

比容量：3000mAh/g；

在鋰離子電池中應用1500mAh/g的負極設計，可以使得鋰離子電池的體積能量密度和重量能量密度分別達到800Wh/L和300Wh/kg；

高庫倫效率：負極首次效率93%，全電池大約90%；

高壓實密度：1-1.5g/cm3；

Si比表面積：；

適合大批量生產工藝。

上圖為Enevate所採用的生產工藝，可以看到Enevate的工藝與傳統的鋰離子電池的生產工藝基本一致，但是Enevate的負極中沒有添加到導電劑，而是採用石墨作為導電劑和活性物質，Si材料作為主要的活性物質，同時在Si的表面包覆一層納米SiC作為保護層，然後通過Enevate公司的特殊處理工藝，將負極牢牢的固定在銅箔上。

下圖為採用Enevate的工藝製備的負極與NMC正極材料組成的鋰離子電池的循環性能曲線，可以看到在0.5C充放的情況下循環1000次，電池的容量保持率可達85%，表現出了優異的循環性能。

傳統的石墨負極鋰離子電池在快速充電的情況下，由於負極析Li的問題導致電池容量衰減很快，而Enevate公司製備的負極由於特殊的設計，能夠保證在大電流充電時負極不析Li，極大的改善電池在快速充電情況下的循環性能，下圖為4C充電／0.5C放電情況下的電池的循環曲線，可以看到電池在循環500次後，容量保持率可達90%，表明該電極具有優異的快速充電特性。在極限情況下採用Enevate負極的電池甚至可以在5分鐘內充電75%，而不造成電池顯著的容量衰減，這一充電速度是傳統石墨電池充電速度的10倍以上。

傳統的鋰離子電池由於負極析Li的原因，無法在0℃以下進行充電，而 Enevate公司的負極因為獨特的設計，使得負極具有極好的Li+擴散特性，從而保證電池在-40℃下也能夠正常充電，而不產生析Li問題。

從下圖的數據可以看到，在-20℃下分別以0.3C、0.7C、1C、2C、3C、5C和7C倍率下進行充電後，電池的容量沒有任何衰降，表明了電池優異的低溫性能。

Enevate電池的主要特點可以總結如下

超級快充：能夠在5分鐘內充電75%，並且不會造成電池的壽命明顯的衰降，這是傳統石墨負極電池充電速度的10倍以上。

高能量密度： Enevate工藝製備的Si負極，可以將電池的重量比能量提高到300Wh/kg，體積比能量提高到1000Wh/L。

優異的低溫性能：Enevate負極能夠保證電池在-40℃下正常進行充放電。

安全性能提高：避免在快速充電和低溫充電時金屬Li的析出，減少電池內短路的風險。

Enevate推出的HD energy技術抓住了動力電池的痛點：能量密度和充電速度。Enevate通過特殊的設計，提高了Si材料的使用量（可達70%以上），極大的提高了負極的容量（最高可達3000mAh/g）。同時這一設計還提高了負極的Li+擴散速度，極大的提高了電池快速充電的特性（最快可在5分鐘內充電75%），並且顯著改善了電池的低溫性能（-40℃正常充電）。Enevate的這項工作很好的解決了電動汽車續航里程短、充電時間長的難題，為電動汽車的推廣應用掃除了主要障礙，如果該技術能夠將成本控制在較低的範圍內，並儘快推廣應用，相信在不遠的將來，電動汽車將會迅速推廣普及，進入尋常百姓家。

撰稿：憑欄眺

作者：新能源Leader

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