Nature子刊：通过主动热交换助力商用锂离子电池<15分钟快充

由于商用高比能量（即>200Wh/kg）锂离子电池（LIBs）的极端快速充电（XFC）性能不足（即充电时间少于15分钟以达到80%的充电状态），电动汽车的大规模采用受到了阻碍。

图1 XFC的主动热交换策略

美国劳伦斯伯克利国家实验室Ravi S. Prasher等建议通过主动热交换（ATS）来调节电池自身产生的热量，以实现商业锂离子电池的XFC。

具体而言，这项工作提出了一种热调制充电协议（TMCP），它通过主动热开关（ATS）结合了电池和系统级策略的理想特性。研究证明，在开关关闭的XFC期间保留热量可以提高电池的动力学性能，而在开关打开的XFC之后散去热量可以减少电池中的有害反应。

受益于对电池自发热量的有效利用，这种方法不依赖于额外的热源，因此是完全非侵入性的。此外，在各种热协议下对商用高能量密度C||LCO LIBs的概念验证研究表明，这种TMCP始终优于现有的热协议。

图2 不同XFC协议下的电池性能

结果，在不修改电池材料或结构的情况下，所提出的XFC方法可在<15分钟的充电和1小时的放电条件下使电池可靠运行，这超过了美国能源部的关键目标。电化学分析、光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM）和X射线断层扫描的表征表明，XFC性能的提高可归因于XFC期间析锂的缓解和ATS放电期间副反应的减少。

此外，为将这种方法与现有的电池热管理系统（BTMS）实际结合起来，作者采用一种具有成本效益的形状记忆合金开发了一种质量和体积都很小（与电池相比分别为1.4%和3.0%）的ATS装置，它有可能在商用电池模组中实现XFC。

图3 与BTMS集成后的性能

Extreme fast charging of commercial Li-ion batteries via combined thermal switching and self-heating approaches. Nature Communications 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-38823-9

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