電池研究院：讓電池命喪黃泉的鋰枝晶

　　【太平洋汽車網(wǎng) 技術(shù)頻道】?jī)芍芮傲⒘藗€(gè)Flag要給大家寫“鋰枝晶”這個(gè)電池內(nèi)部的反動(dòng)派，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)糗大了，這論題特?zé)┤耍?dāng)前還不確定的論點(diǎn)有些多。如今成文，歡迎各位讀者雅正。

　　上一期我們聊到電池自燃，其中一個(gè)起因是內(nèi)部短路，在自燃事故中占據(jù)大概6成，下手特黑。在這6成當(dāng)中，鋰枝晶又是內(nèi)部短路的一大起因。因此，每當(dāng)討論到電池自燃問(wèn)題時(shí)，我們都得找鋰枝晶討個(gè)說(shuō)法。

　　電池內(nèi)部短路便是單體電池里頭的正負(fù)極短接了，相當(dāng)于電池的自殺。當(dāng)然，自殺也分為快速自殺和慢性自殺兩種，穿刺是最快速最兇險(xiǎn)的那種，鋰枝晶則是慢性的、更大概率發(fā)生、暫時(shí)基本無(wú)解的自殺形式。

　　鋰枝晶（Li Dendrites）這個(gè)詞隨著鋰離子的大規(guī)模運(yùn)用而變得熱門，現(xiàn)在去知網(wǎng)隨便搜一下就能找出一堆來(lái)，行外人基本看不明說(shuō)的是什么……沒(méi)事，這一回筆者盡量說(shuō)得淺顯易懂一些。

　　以下是“鋰枝晶”的說(shuō)文解字：

　　1、鋰：鋰金屬

　　2、枝：多枝樹狀

　　3、晶：晶體

　　串在一起就是“鋰金屬枝蔓晶體”，說(shuō)人話就是“用鋰造的小樹杈”。

　　在這里我們就應(yīng)該驚慌一下了（請(qǐng)入戲）：什么？哪里來(lái)的鋰？無(wú)中生有可不唯物?。?/p>

　　是的，鋰離子Li⁺不會(huì)憑空產(chǎn)生，它來(lái)自鋰電池本身的活性鋰。拿充電做個(gè)例子，Li⁺從正極化合物脫出到達(dá)負(fù)極晶格，正極處于高電位的貧鋰態(tài)，負(fù)極處于低電位的富鋰態(tài)。為了平衡電荷，相同數(shù)量的e^-從負(fù)極脫出，嵌入正極。放電過(guò)程，反推即可，這就形成了電池充放電的生態(tài)。

　　但若Li⁺都堆成了“用鋰造的小樹杈”，成了不可逆的 “鋰制咸魚”，沒(méi)有夢(mèng)想了，學(xué)術(shù)名稱“死鋰”。

　　正因?yàn)檫@種析鋰效應(yīng)，電池內(nèi)部就少了很多Li⁺干活，剩下一地只拿空餉不干實(shí)事的死鋰，電池活性降低，充放電又慢又少，最后還被鋰枝晶刺破SEI膜，短路自燃，火樹銀花、熱火朝天、龍騰虎躍、萬(wàn)馬奔騰、如火如荼、熱氣騰騰、驕陽(yáng)似火、璀璨奪目，接著車水馬龍（消防車來(lái)了）、人聲鼎沸（阿伯們圍觀看戲）、人走茶涼（看完戲走了忘了）。

　　這腳本必然不是我們想要的。

　　想要解決愛闖禍的鋰枝晶，我們就得弄清楚鋰枝晶是如何生長(zhǎng)出來(lái)的?？蓯旱氖?，業(yè)界暫時(shí)并未有統(tǒng)一確認(rèn)的答案，筆者會(huì)講述其中一些八九不離十的：

　　用人話解讀一下：“快充傷電池”不是野雞公眾號(hào)的謊言，這事的確存在，只是危害程度沒(méi)野雞號(hào)說(shuō)得那么夸張。同理，汽柴油車有磨合期但并非磨合期不能上高速，新車買回來(lái)可以直接開根本不需要什么貼膜鍍晶底盤裝甲，害，反正少看野雞號(hào)吧。

　　說(shuō)回大電流充電，筆者把充電比作排隊(duì)買喜茶，那么大電流充電就是排長(zhǎng)隊(duì)買喜茶。因?yàn)橐幌伦犹酂崆轭櫩停?span lang="EN-US" style="font-size: 10.5pt; font-family: Arial, sans-serif; background-image: initial; background-position: initial; background-size: initial; background-repeat: initial; background-attachment: initial; background-origin: initial; background-clip: initial;">Li⁺）到達(dá)喜茶門外（負(fù)極附近），但暫時(shí)進(jìn)不了喜茶（負(fù)極/負(fù)極晶格）獲得自己那杯奶茶。

　　熱情顧客（鋰離子Li⁺）排了4小時(shí)都還在門外，徹底絕望了，最終在“負(fù)極－電解質(zhì)”界面與電子e^-結(jié)合最終還原成為暗黑顧客（死鋰Li），成為不可逆的“喜茶一生黑”，析出成了暗黑顧客（死鋰Li）這就是析鋰效應(yīng)（Li Plating）。

　　喜茶損失一批活粉也就算了，這幫暗黑顧客（死鋰Li）還在當(dāng)前的隊(duì)伍中擋道，大肆宣傳“誰(shuí)喝喜茶誰(shuí)SB”，這就是鋰沉積的副作用，會(huì)堵塞熱情顧客（活性Li⁺）進(jìn)入喜茶（負(fù)極晶格）的通道，各種不對(duì)付。

　　這幫暗黑顧客（死鋰Li）就是鋰枝晶，自己不喝還不讓別人喝，很不好惹。

　　如果充電時(shí)出現(xiàn)了局部過(guò)熱，有可能包含但不限于下面三個(gè)原因：

　　a、電池溫控系統(tǒng)有問(wèn)題

　　熱未能及時(shí)散出去，就像熱情顧客（鋰離子Li⁺）占著各種位置拍照不肯挪位置，就會(huì)有部分熱情顧客變成暗黑顧客（死鋰Li）。

　　現(xiàn)在就有好些用戶花兩三千塊將交流慢充的PHEV 非插混車型改成直流快充，從更大功率的動(dòng)能回收機(jī)構(gòu)灌進(jìn)去，這種方式從理論上沒(méi)有太大問(wèn)題，實(shí)際充電功率低于動(dòng)能回收功率。問(wèn)題在于這塊電池的設(shè)計(jì)初衷是給慢充用的，電流密度過(guò)大容易生成鋰枝晶，散熱也可能有問(wèn)題（誰(shuí)家PHEV連續(xù)下坡1.5小時(shí)啊，設(shè)計(jì)初衷里面沒(méi)這個(gè)），電池包熱失控的概率會(huì)相應(yīng)增加，一旦自燃的話還沒(méi)有廠家墊底，畢竟你是私自改裝的。

　　b、最后的恒流充電階段沒(méi)控制好

　　理想的鋰離子充電過(guò)程應(yīng)該是“涓流充電-恒流充電-恒壓充電-涓流充電-充滿”，電池SOC大約從80%到100%（報(bào)滿電流）的地方都是用恒壓充電，速度比較慢，你們充手機(jī)充汽車也感受得到。

　　這時(shí)候若在沒(méi)多少奶茶可賣的最后階段沒(méi)控制好充電速度，保安還繼續(xù)大量放熱情顧客（鋰離子Li⁺）進(jìn)場(chǎng)排隊(duì)擠傻全場(chǎng)人，電池心態(tài)一下子就崩了，衍生出一堆暗黑顧客（死鋰Li）。

　　c、大電流引起極化

　　大電流快充時(shí)，喜茶門店內(nèi)部（負(fù)極）擠了太多熱情顧客（Li⁺），引起電極處的濃差極化現(xiàn)象，局部過(guò)熱，電極材料被破壞，喜茶的玻璃門都被擠碎了，衍生出一堆暗黑顧客（死鋰Li），發(fā)誓這輩子都不喝一滴破喜茶。

　　我們?cè)賮?lái)細(xì)化一下剛剛提到的充電常規(guī)流程，默認(rèn)從超低SOC充到全滿SOC：

　　a、涓流充電：因電池過(guò)放電，內(nèi)部材質(zhì)非常脆弱，需要先進(jìn)行恢復(fù)性充電，督促內(nèi)部的活性物質(zhì)起床打工。因此，長(zhǎng)期虧電的老手機(jī)，剛插上電是無(wú)法開機(jī)的，等個(gè)五分鐘再試吧。

　　b、小電流恒流充電：Constant Current，即CC。此時(shí)開始加大電流，逐漸加速。

　　c、大電流恒流充電：快速充電的主要階段，大電流充到80%左右。

　　d、大電流恒壓充電： Constant Voltage，即CV。到達(dá)滿電電壓之后，開始固定電壓，電流下降。

　　e、小電流恒壓充電：充電電流進(jìn)一步降低，一直到SOC滿電。

　　f、涓流充電：SOC先報(bào)滿（顯示滿電），其實(shí)還可以慢慢充進(jìn)去一點(diǎn)，這個(gè)過(guò)程SOC維持在100%不變，這也是我們常說(shuō)的“最耐用的1%”。如果手機(jī)一直插著電（比如夜晚睡覺充電），電池還會(huì)進(jìn)行脈沖充電，充幾秒停幾十秒，將手機(jī)電量維持在100%，手機(jī)專賣店的機(jī)子都是這樣。

　　g、充滿：完全充不進(jìn)去了。

　　那么問(wèn)題來(lái)了，溫度低犯什么錯(cuò)了呢？低溫前提下的大電流充電，就是喜茶（負(fù)極）剛開門連茶水都還沒(méi)熱的時(shí)候涌進(jìn)去海量熱情顧客（Li⁺），脆弱的喜茶生態(tài)被沖得七葷八素，現(xiàn)場(chǎng)混亂，出品賊差，暗黑顧客（死鋰Li）接連誕生。

　　低溫充電時(shí)，電池內(nèi)部活性物質(zhì)很慵懶，硬要上這么高的奶茶產(chǎn)出量KPI，換誰(shuí)都受不了。因此，在溫度很低的涓流充電第一階段（電池發(fā)熱還沒(méi)開始）進(jìn)行大電流充電是很危險(xiǎn)的，電控做得不好的新能源車在北方冬季快充時(shí)可能有風(fēng)險(xiǎn)。除此之外，恒流和恒壓階段的低溫，也是嚴(yán)峻的問(wèn)題，所以有些中高端新能源車的電控會(huì)用溫控系統(tǒng)給電池預(yù)熱，再進(jìn)行大電流快充，免得鋰枝晶大量生長(zhǎng)。

　　過(guò)充電（over charge），即是充滿了還繼續(xù)充，喜茶（負(fù)極）全滿了，你今天再也買不到奶茶了，外面還往里面塞熱情顧客（Li⁺），這購(gòu)物體驗(yàn)有多惡心就別提了。

　　因?yàn)橄膊瑁ㄘ?fù)極）的熱情顧客（Li⁺）已經(jīng)過(guò)分多，SOC早就到達(dá)100%，就會(huì)有多余的熱情顧客（Li⁺）被趕出去，他們心里很不爽，就黑化成了暗黑顧客（死鋰Li）。

　　與此同時(shí)，因?yàn)檎龢O中的Li⁺過(guò)度脫出，正極最終腎透支，其晶格結(jié)構(gòu)塌陷并析出氧氣，氧氣的釋放還會(huì)進(jìn)一步造成電解質(zhì)分解，電池內(nèi)部壓力增加，輕則鼓包漏液，重則短路熱失控。

　　小時(shí)候玩四驅(qū)車的時(shí)候，多數(shù)小朋友都會(huì)選擇過(guò)充電，以此獲得更好的比賽成績(jī)。只是過(guò)充電之后，鎳氫電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)崩塌，最終“爆漿”。

　　過(guò)放電（over discharge），就是低于門限電壓繼續(xù)放電，喜茶（負(fù)極）全空了，員工還在店里找到熱情顧客（Li⁺）然后趕出去，翻箱倒柜看看有沒(méi)死忠粉藏在哪個(gè)角落。

　　如果過(guò)放電發(fā)生得過(guò)于劇烈，最低電壓的那節(jié)電池就會(huì)發(fā)生“反極”，類比一下就是顧客變成了店員，給店員做奶茶喝，還要交錢……這下其他喜茶店就不肯的，集體抗議，這節(jié)最弱小無(wú)助的電池會(huì)被其他串聯(lián)電池進(jìn)行反向充電，電壓是負(fù)值，活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)崩塌，等效成一個(gè)電阻，發(fā)熱過(guò)度就熱失控。

　　那么，鋰枝晶呢？不，過(guò)放電就輪到銅枝晶（Copper Dendrites）發(fā)揮主觀能動(dòng)性了。因?yàn)檫^(guò)度放電，所以負(fù)極銅集流體的心態(tài)就崩了，溶解之后變成二價(jià)銅離子Cu2+溜到正極形成銅枝晶，最終誘發(fā)內(nèi)部短路，以發(fā)光發(fā)熱的極端表達(dá)方式結(jié)束窩囊的一生。

　　很多朋友應(yīng)該遇到過(guò)，智能手機(jī)和筆記本電腦的鋰離子電池用到3-7%左右，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)機(jī)/進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。這是系統(tǒng)在防止電池過(guò)放電，別怪系統(tǒng)雞賊，去怪電池容量不成器吧。

　　充電時(shí)，鋰離子從正極出來(lái)往負(fù)極跑，但電解質(zhì)不是完全均勻的（流體有濃/稀的），充電電流/電壓也不是全程一致的，鬼知道哪個(gè)部分有什么小心思。鋰離子在電解質(zhì)中傳遞的過(guò)程中，通量并不均勻，這就給負(fù)極出了一道難題。

　　這是一個(gè)動(dòng)力學(xué)上的論題，“通量”是一個(gè)物理量，表示熱情顧客（Li⁺）往喜茶（負(fù)極）運(yùn)動(dòng)的輸送強(qiáng)度。類比一下，按照中國(guó)人的飲食習(xí)慣，大清早大家不會(huì)喝珍珠奶茶充饑，喜茶（負(fù)極）閑著也是現(xiàn)在，誰(shuí)知一到下午茶時(shí)間，線上線下單子全來(lái)了，現(xiàn)場(chǎng)擠到懷孕，熱情顧客（Li⁺）非常不爽，黑化成暗黑顧客（死鋰Li）。

　　此外，因?yàn)樨?fù)極是有面積的，鋰離子不是單列隊(duì)形前進(jìn)，所以各隊(duì)列之間也有不均勻的情況。比如喜茶（負(fù)極）有兩條隊(duì)，一條隊(duì)3分鐘拿到奶茶，另一條隊(duì)300分鐘拿到奶茶，大鬧喜茶的暗黑顧客（死鋰Li）就在第二條隊(duì)出現(xiàn)了。

　　如果喜茶（負(fù)極）自身的店面設(shè)計(jì)就有問(wèn)題，也會(huì)助長(zhǎng)暗黑顧客（死鋰Li）的生成。比如店面地板坑坑洼洼跟村口泥路一樣，雨天一踩上去就撲街弄個(gè)嘴啃泥，誰(shuí)愿意去買奶茶啊。

　　概念換到電池上面也一樣，如果負(fù)極表面涂布不均勻，表面的粗糙度很高，這就成為了鋰枝晶生長(zhǎng)的良好環(huán)境。電極表面凹凸不平的話，凸起的地方非常容易富集電荷，Li⁺和e^-一旦結(jié)合，就還原成了死鋰Li，咸魚一樣活著，不再逆向成為活性物質(zhì)。

　　可見，做工差的電池，熱失控的概率也是更高的。據(jù)未知源頭的同級(jí)數(shù)據(jù)顯示，新能源累計(jì)產(chǎn)量不足5萬(wàn)輛的小車企（按接入車輛計(jì)算），著火率是超過(guò)10萬(wàn)輛的大車企之5倍，而這些小車企特別喜歡用三四五線小電池廠的產(chǎn)品，一分錢一分貨嘛。

　　喜茶（負(fù)極）自身的店面接待能力就很小，根本容不下那么多熱情顧客（Li⁺），購(gòu)物體驗(yàn)惡心，暗黑顧客（死鋰Li）誕生。

　　店面接待能力不行，有兩種可能：一種是后天的，裝修被弄?dú)埩私哟芰ο陆担ū热缒滩杷芊鈾C(jī)壞了一臺(tái)）；另一種是先天的，店面本身就小，熱情顧客本身就多。

　　這里要插播一個(gè)原理：液態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池在首次充放電時(shí)，電極材料和電解液在固液相界面上發(fā)生很復(fù)雜的反應(yīng)，形成一層覆蓋于電極材料表面的鈍化層，其中負(fù)極上的SEI膜（Solid Electrolyte Interphase）對(duì)電池的影響更大。這層SEI膜具備有機(jī)溶劑不溶性，是電子絕緣體所以e^-過(guò)不了，同時(shí)是良好的離子導(dǎo)體所以Li⁺很愉快地過(guò)去了。

　　問(wèn)題來(lái)了，一開局就用了那么多Li⁺，電池開始正常使用時(shí)的活性物質(zhì)不就不夠用了嗎？對(duì)，所以我們可以對(duì)正極材料進(jìn)行“預(yù)鋰化”，把SEI膜要消耗的鋰離子先給足，從而提高電池的總?cè)萘亢湍芰棵芏取?/p>

　　那么，有沒(méi)可能預(yù)鋰化的過(guò)程中，鋰離子給多了呢？茄子太吸油，所以我們炒茄子時(shí)多放油，但油多了茄子反而不夠也是可能的。雖然暫時(shí)沒(méi)有確鑿證據(jù)證明這個(gè)騷操作成立（也可能是筆者愚鈍沒(méi)找到哈），但隨著預(yù)鋰化工藝的進(jìn)步，不排除會(huì)出現(xiàn)活性鋰太多超過(guò)了負(fù)極正常嵌入能力的。

　　這個(gè)放到最后，是因?yàn)槊看纬浞烹姸伎赡苡龅角懊?種情況，常在河邊走哪有不濕鞋，電池循環(huán)次數(shù)多了之后自然會(huì)有更多鋰枝晶產(chǎn)生，這是客觀規(guī)律。

　　買多了喜茶，自然會(huì)遇到糖放多了、擠到懷疑人生、外賣小哥灑了、冷飲變熱飲、忘給習(xí)慣等數(shù)不清的情況，黑粉就更多了。

　　對(duì)了，別忘了暗黑顧客（死鋰Li）還在當(dāng)前的隊(duì)伍中擋道，大肆宣傳“誰(shuí)喝喜茶誰(shuí)SB”，以他們?yōu)橹行漠a(chǎn)生越來(lái)越多的暗黑顧客（死鋰Li）。只要次數(shù)多，沒(méi)有不被黑的奶茶店。

　　暫時(shí)還沒(méi)有研究表明鋰枝晶會(huì)有什么益處，因此我們暫且把它當(dāng)成反動(dòng)派來(lái)看待，以下是它可能導(dǎo)致的危害：

　　前文我們提到，負(fù)極上的SEI膜具備有機(jī)溶劑不溶性，是絕緣體也是良好的離子導(dǎo)體，因此e^-基本過(guò)不了但Li⁺可以很愉快地過(guò)去。

　　問(wèn)題是Li⁺通過(guò)析鋰效應(yīng)變成了死鋰Li之后，就不可逆轉(zhuǎn)了，失去電化學(xué)活性的“死鋰”會(huì)讓電池容量降低。

　　大家可以用魯大師查查看看手上的筆記本電腦（我用的是聯(lián)想電腦管家），看看電池的“出廠設(shè)計(jì)容量”和“剩余電池容量”之間有多大差別。筆記本電腦用了四五年，續(xù)航會(huì)有一個(gè)很大的折損，原因主要分為兩個(gè)：

　　a、散熱系統(tǒng)老化，系統(tǒng)性能減弱，集成電路需提升功率來(lái)彌補(bǔ)性能損失，耗能增加，熱上加熱。

　　b、電池內(nèi)部活性物質(zhì)損失，容量損失。

　　雙重影響之下，老舊手機(jī)/電腦的發(fā)熱量就越來(lái)越高（冬季暖手神器），續(xù)航越來(lái)越短。

　　大家也留意到了，老舊的電池充電速度會(huì)變慢，用戶總覺得“電怎么充不進(jìn)去”，這是因?yàn)榛钚?span lang="EN-US" style="font-size: 10.5pt; font-family: Arial, sans-serif; background-image: initial; background-position: initial; background-size: initial; background-repeat: initial; background-attachment: initial; background-origin: initial; background-clip: initial;">Li⁺減少了，買奶茶的人稀稀疏疏，賣奶茶的人也懶懶散散，店子離倒閉不遠(yuǎn)了。

　　容量降低與充電速度變慢是同步進(jìn)行的，因此看下圖理解就行了：

　　庫(kù)倫效率（coulombic efficiency），也即是放電效率，對(duì)于正極而言就是放電容量/充電容量（嵌鋰容量/脫鋰容量）。

　　有些電池首次放電時(shí)的庫(kù)倫效率會(huì)高于100%，但隨著SEI膜的形成，便會(huì)降低到100%以下，并隨著循環(huán)增加而慢慢降低比例，活性越來(lái)越弱。

　　因?yàn)榛钚?span lang="EN-US" style="font-size: 10.5pt; font-family: Arial, sans-serif; background-image: initial; background-position: initial; background-size: initial; background-repeat: initial; background-attachment: initial; background-origin: initial; background-clip: initial;">Li⁺減少，因此庫(kù)倫效率會(huì)逐步降低，放電效率不如新電池。為了讓新電池保持較高的庫(kù)倫效率，我們會(huì)用到剛剛說(shuō)的預(yù)鋰化工藝，先補(bǔ)補(bǔ)再投入工作。

　　內(nèi)部短路是風(fēng)險(xiǎn)最大的鋰枝晶副作用。鋰枝晶在負(fù)極產(chǎn)生之后，會(huì)繼續(xù)不均勻生長(zhǎng)下去，變得更長(zhǎng)、更粗、更尖。

　　目前有兩種關(guān)于鋰枝晶導(dǎo)致熱失控的主要理論：

　　a、在負(fù)極表面的鋰枝晶生長(zhǎng)得過(guò)粗過(guò)長(zhǎng)，朝著正極方向刺破了絕緣的SEI膜，導(dǎo)致電池內(nèi)部短路。

　　b、在負(fù)極表面的鋰枝晶生長(zhǎng)得很小，且底部與負(fù)極接觸的位置崩塌了；亦或是大型鋰枝晶的頂部出現(xiàn)了鹿角狀的小枝晶且斷裂脫離。這兩種小小的鋰枝晶脫離負(fù)極（與大枝晶）的固定，透過(guò)SEI膜進(jìn)入電解質(zhì)中到處晃悠，導(dǎo)致電池內(nèi)部短路。

　　無(wú)論是粗暴的大枝晶還是奸詐的小枝晶，這些鋰金屬小混混都是內(nèi)部短路的好手，一旦形成了內(nèi)部短路，事情就變得一發(fā)不可收拾，因?yàn)殡姵責(zé)崾Э厥且环N鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，且每個(gè)小電芯里頭都有還原劑和氧化劑，熱失控開始之后整塊動(dòng)力電池就沒(méi)救了。

　　由于上文提到的鋰枝晶生長(zhǎng)機(jī)理太多花樣，其中有些還是不太確認(rèn)的（日后可能會(huì)被反駁），有些則是上文未提的（目前主流觀點(diǎn)不太認(rèn)同的），因此抑制鋰枝晶生長(zhǎng)的方式也有很多花樣，暫時(shí)還沒(méi)有確切信息證明哪條路線就是絕對(duì)光明不會(huì)犯錯(cuò)的。

　　廢話不多說(shuō)，立刻來(lái)了解一下對(duì)付鋰枝晶的屠龍術(shù)。筆者把消費(fèi)者自己能做的項(xiàng)目放在前面，消費(fèi)者不能做（只能靠廠家努力改善的）放在后面。

　　剛剛我們提過(guò)，新能源累計(jì)產(chǎn)量不足5萬(wàn)輛的小車企（按接入車輛計(jì)算），著火率是超過(guò)10萬(wàn)輛的大車企之5倍，而這些小車企特別喜歡用三四五線小電池廠的產(chǎn)品。

　　小車企采購(gòu)的劣質(zhì)電池?zé)o法保證工藝質(zhì)量和循環(huán)壽命，因此購(gòu)買時(shí)盡量避而遠(yuǎn)之。

　　目前新能源車的電控系統(tǒng)都會(huì)盡可能防止過(guò)充電與過(guò)放電，其中過(guò)充電的可能性比較低，過(guò)放電就是跑到拋錨叫拖車，相信沒(méi)有車主希望如此，都是無(wú)奈之舉。

　　現(xiàn)在詬病得比較多的是磷酸鐵鋰動(dòng)力電池，一方面是因?yàn)榱姿徼F鋰的電壓區(qū)分度不高，容易出現(xiàn)SOC虛標(biāo)的問(wèn)題（此條也可能有誤）；一方面是磷酸鐵鋰的能量密度不高，因此用戶總愛充滿一點(diǎn)；一方面是磷酸鐵鋰低溫性能不行，比較容易過(guò)放電。

　　關(guān)于磷酸鐵鋰電池的性能，筆者之后再單劈一篇來(lái)討論，這個(gè)Flag先立了。

　　新能源運(yùn)營(yíng)車輛必須嚴(yán)格控制補(bǔ)電時(shí)間，因此快充用得非常頻繁（有些是100%快充），再配合上“運(yùn)營(yíng)車輛愛裝劣質(zhì)電池”的行業(yè)規(guī)律，廉價(jià)運(yùn)營(yíng)車輛熱失控的概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于優(yōu)質(zhì)家用車。

　　目前不少新能源車企都對(duì)市售車和運(yùn)營(yíng)車進(jìn)行區(qū)分對(duì)待，運(yùn)營(yíng)車的電池雜牌化成為大勢(shì)所趨，劣幣驅(qū)逐良幣的行風(fēng)暫時(shí)改不了。

　　如果家里能裝家用樁，就盡量給裝一個(gè)吧。省錢是一方面，更安全是更重要的方面。

　　如題。電控系統(tǒng)懂得給電池預(yù)熱的中高端新能源車除外。

　　固態(tài)電解質(zhì)的機(jī)械強(qiáng)度高，欺軟怕硬的鋰枝晶長(zhǎng)出來(lái)了只能欺負(fù)液態(tài)電解質(zhì)，弱雞的體質(zhì)干不掉固態(tài)電解質(zhì)。

　　前一陣子，NIO Day 2020讓固態(tài)電池重回公眾視野，但這次蔚來(lái)發(fā)布的“固態(tài)電池”并非真固態(tài)，嚴(yán)謹(jǐn)一點(diǎn)來(lái)說(shuō)是“準(zhǔn)固態(tài)電池”（液態(tài)電解質(zhì)少于50%），依然需要使用電解液和SEI膜。

　　固態(tài)電池研發(fā)緩慢，業(yè)界大規(guī)模投入研發(fā)來(lái)得非常晚，在21世紀(jì)第二個(gè)10年才迎來(lái)爆發(fā)期，因此專家預(yù)測(cè)最早2025年才有大規(guī)模量產(chǎn)的可能，是客觀的。

　　目前有研究表示：固態(tài)電解質(zhì)也解決不了鋰枝晶引起的熱失控問(wèn)題。（狗頭）

　　清華大學(xué)特別研究員、博士生導(dǎo)師張強(qiáng)老師在其研究中提出：“在不改變電解液主要組成的前提下，引入電解液助劑氟代碳酸乙烯酯（FEC）可以原位調(diào)控SEI的組成實(shí)現(xiàn)鋰的均勻沉積。”

　　前文我們提到過(guò)，鋰枝晶長(zhǎng)得像樹杈一般，是因?yàn)殇嚨牟痪鶆虺练e。這種新型電解液助劑的作用就是讓鋰沉積時(shí)不起/少起樹杈一樣的凸起，雖然死鋰的產(chǎn)生無(wú)可避免，但一坨而不是一根的鋰枝晶對(duì)SEI膜的威脅降低。

　　清華大學(xué)深圳研究生院副研究員、博士生導(dǎo)師楊誠(chéng)老師在其研究中提出：“設(shè)計(jì)一種蛇籠狀陣列結(jié)構(gòu)，通過(guò)扭曲微觀電場(chǎng)分布以誘導(dǎo)鋰枝晶沿水平方向（平行隔膜方向）的陣列生長(zhǎng)，大幅度提高了鋰金屬電池的安全性能。”

　　這是一種利用電場(chǎng)誘導(dǎo)鋰枝晶往平行于SEI膜方向生長(zhǎng)的技術(shù)，與此前的生長(zhǎng)方向基本垂直，因此新方向長(zhǎng)出來(lái)的鋰枝晶不易戳穿SEI膜。

　　賓夕法尼亞州立大學(xué)機(jī)械工程教授兼該項(xiàng)目首席研究員王東海在其研究中提出：“在鋰金屬界面上使用聚合物。該材料是一個(gè)多孔海綿，不僅可以讓鋰離子轉(zhuǎn)移，還能抑制鋰離子變質(zhì)，即使在低溫和快速充電的條件下，也可讓金屬鍍層不生長(zhǎng)枝晶。”

　　這種“三維交連聚合物海綿”的機(jī)理是利用三維結(jié)構(gòu)為鋰離子提供足夠強(qiáng)度的框架結(jié)構(gòu)與足夠的表面積/空間，讓負(fù)極更輕松地容納更多的鋰離子，讓奶茶店的接待能力提升到另一個(gè)境界，就不會(huì)有暗黑顧客出現(xiàn)了。

　　韓國(guó)漢陽(yáng)大學(xué)Dongsoo Lee和Ungyu Paik教授在其研究中提出：“通過(guò)輥壓將銅箔表面的Cu₃N納米線轉(zhuǎn)移到金屬Li負(fù)極的表面，隨后Cu₃N納米線與金屬鋰發(fā)生反應(yīng)，生成Li₃N@Cu納米線，而Li₃N具有高離子電導(dǎo)率，較低的電子電導(dǎo)率和良好的電化學(xué)穩(wěn)定性，因此能夠有效的抑制鋰枝晶的生長(zhǎng)，同時(shí)金屬鋰表面形成的三維立體結(jié)構(gòu)界面，也能夠有效地降低電流密度，使得金屬鋰均勻沉積。”

　　美國(guó)馬里蘭大學(xué)Chunsheng Wang和美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室Kang Xu在其研究中提出：“利用一種基于高濃度Zn2+的水系電解質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)枝晶的、高庫(kù)倫效率的高可逆金屬Zn電池。”

　　用金屬鋅做電極是老早的事情，可以追溯到伽伐尼、伏打、本生的電池老祖宗模型上面去。不過(guò)以金屬鋅為主角的電池并不能解決枝晶生長(zhǎng)和庫(kù)倫效率低的問(wèn)題，死鋰產(chǎn)生速度較快。目前這種新型水系電解質(zhì)聲稱可以解決此難題，4000個(gè)循環(huán)之后還能有80%的容量保留率（哇）。

　　美國(guó)萊斯大學(xué)James M. Tour教授在其研究中提出：“基于鋰化多壁碳納米管（Li-MWCNT）制備的鋰擴(kuò)散界面層，可抑制鋰枝晶的形成。”

　　這種“鋰化多壁碳納米管”形成的界面層可以充當(dāng)鋰沉積與溶出的媒介，能讓鋰離子流分布更均勻（前文提到了不均勻會(huì)生成死鋰），從而讓鋰枝晶的生長(zhǎng)更慢些。據(jù)悉，經(jīng)過(guò)450次不同倍率的循環(huán)與大電流脈沖充放電之后，這種電池的庫(kù)倫效率依然接近99.9%。（哇，這都行？）

　　美國(guó)倫斯勒理工學(xué)院機(jī)械、航空航天和核工程知名教授NikhilKoratkar與團(tuán)隊(duì)成員在其研究中提出：“通過(guò)以較高的充放電速率運(yùn)行電池，能夠很好地控制電池內(nèi)部溫度的升高，并促使枝晶自愈，離開陽(yáng)極。”

　　前文我們提到過(guò)大電流充電會(huì)產(chǎn)生局部過(guò)熱并加快枝晶的生長(zhǎng)，而這個(gè)研究中的鉀電池反其道而行之，利用大電流與局部過(guò)熱激活沉積的鉀金屬表面，讓鉀源自擴(kuò)散，使得枝晶自我修復(fù)。這方法聽起來(lái)很神奇，暗中覺得貌似不太靠譜……

　　這篇長(zhǎng)文已經(jīng)寫到8000字，還有相當(dāng)一部分比較邊緣的學(xué)說(shuō)沒(méi)納入文章版面中。對(duì)于鋰枝晶的探討，目前只寫了一個(gè)開局，更深入的、更確切的子論題需要隨著電池技術(shù)的迭代而迭代。

　　在可見的未來(lái)，動(dòng)力電池依然會(huì)有鋰枝晶產(chǎn)生，鋰枝晶依然會(huì)引起熱失控，這是鋰離子電池與生俱來(lái)的副作用，暫時(shí)未有徹底的解決方案，除非你去買臺(tái)汽油車。

　　從筆者的“奶茶比喻”中可知，減少熱情客人購(gòu)買奶茶過(guò)程在時(shí)間與空間上的不均勻，也即是減少鋰離子偏移過(guò)程在時(shí)間與空間上的不均勻，是抑制鋰枝晶產(chǎn)生的主流思路。

（圖/文：太平洋汽車網(wǎng) 黃恒樂(lè)）