手機電池快充技術的材料奧秘

　　續航能力一直是手機發展的一個短板，尤其是在智能大屏手機普及之后。而手機電池的續航能力由什么決定呢？能量密度和功率密度是決定電池性能的重要方面。

　　能量密度指的是單位重量的電池所儲存的能量是多少。

　　功率密度指的是單位重量的電池在放電時可以以何種速率進行能量輸入和輸出。

　　假如把鋰電池的充放電循環比作一個長跑選手，能量密度是指他本身的體能，功率密度則是他奔跑的速度。一個選手最終的成績需要由這兩方面共同決定。

　　能量密度是由電池的材料特性決定的。目前的現狀是， 在鋰離子電池正負極材料能量密度是無法短時間內提升的。那么，我們只能改變速度——也就是功率密度。

　　什么是快充技術？僅僅是快充那么簡單？

　　快充技術，就是一種改變功率密度的技術。

　　快速充電主要是保證鋰離子快速的從正極嵌出并快速的嵌入負極（圖一），且不能造成鋰離子的沉積（保證安全性能）。

　　這是什么意思呢？也就是說，快充技術，又不僅僅是快充那么簡單。如果我們只考慮電池快充性能，可以通過降低極片的涂膜重量，減少鋰離子遷移的路徑，保證鋰離子的快速嵌入來實現，或盡可能的多加導電劑，提升極片的離子導電能力和電子導電能力。這種做法，較大程度地犧牲了能量密度（續航能力），在便攜式電子設備中無法實際應用。（圖2）

　　打個比方，我們希望長跑選手更快跑完比賽，可以通過縮短跑程（減少鋰離子遷移路徑），注射興奮劑（盡可能添加導電劑），但是這些都是以犧牲選手的體能為代價的，現實中也是不可能實現的。

　　上海杉杉科技經過17年的發展，自主創新并建立了多套石墨負極產品生產工藝流程，形成了6項核心技術，產品在便攜式電子設備、電動汽車、儲能領域得到了廣泛的應用，已成為世界最大的鋰離子電池人造石墨負極材料生產企業。

　　2014年開始，上海杉杉科技與華為合作開發快充負極材料，以人造石墨為主體，采用具有自主知識產權的二次顆粒制備和改性兩項核心技術，實現了負極材料快充性能的提高。

　　由于石墨顆粒具有一定的取向性排列，減少一次顆粒的粒徑，有利于鋰離子從各個方向快速地嵌入，通過二次造粒方式，相當于在材料內部修建了一條高速公路，能保證電解液的充分浸潤，有效縮短了鋰離子的擴散距離，從而提高鋰離子電池快充性能（圖3）

　　采用了改性工藝，通過引入雜原子改變碳基分子結構，相當于在材料分子內部修通了一條隧道，充電速度得到質的飛躍的同時，又不影響電池的能量密度和使用壽命（圖4，5）。

　　簡言之，杉杉科技和華為采用的技術創新，讓“選手”的跑道變成一條條高速公路和隧道，速度比常規選手快了10倍。

　　在2015第56屆日本電池大會上，華為與上海杉杉科技即共同展示了鋰離子電池快充成果。經過兩年多的產業化開發和實機測試，已成功應用于華為榮耀Magic快充手機，該技術的突破將會給手機、電動車、移動電源、穿戴式設備帶來革新。

　　以目前的技術手段來說，提高充電速度的方法有兩個大方向：一是提高電壓，二是提高電流。提高電壓會增大充電過程中的發熱量，加速電池老化并可能帶來安全隱患，因此實際效果不佳。相比之下，提高電流則現實安全的多。不論是哪種快充方案，肯定都會對電池有一定的損耗，這就需要廠商在技術上的突破。