一目了然，进步锂离子电池的迅速充电本领对待告终电动汽车的平凡操纵至合紧要。万分是，若是要赢得发展，必要斥地或许正在相像于内燃机汽车加油（<15分钟）的时代标准内，为其大片面容量（~80%）充电的电池组。锂离子电池的充电倍率受到锂金属浸积和电池发烧的节制，这两者都市缩短电池的轮回寿命。于是，合理的迅速充电制定应当同时征求：锂浸积和最高温度的节制，这意味着电动汽车电池组迅速充电的真正节制将取决于通盘担任体例：电担任和热担任。鉴于此，美国阿贡国家实践室Juhyun Song和Kevin W. Knehr（合伙通信作家）领悟了操纵电（电流/电压）和热束缚来最小化充电时代并评估了电池本能衰减的危机。全体来说，作家斥地了一种电化学-热模子，引入恒定危机（CR）的迅速充电制定，使电池充电电流最大化。同时，将电池维持正在预订义的打算规模内，以缓解电池本能衰减的危机。实践结果解说，正在妥善答允电池降解的状况下充电时，典范的NMC/石墨电池可正在10分钟内告终80%的充电容量，且电池本钱低于$100 kW h（对应于80 μm厚负极）。另外，本文还呈现了怎样正在放大的答允危机规模内（即更高的温度、更大的倍率和更低的负极电位），打算具有迅速充电本领的锂离子电池。相干琢磨功劳“Pathways towards managing cost and degradation risk of fast charging cells with electrical and thermal controls”为题宣告正在Energy Environ. Sci.上。一、最初操纵CR充电制定和三种不妨的热束缚计谋（零（隔热）、恒热（永远开启）和变热（开/合）），领悟了锂离子电池的迅速充电动作；三、基于CR-ATM计划，物色了电池打算（电极载量）和答允的电池降解危机（最大充电电流、最大电池温度和最小过电位）怎样影响电池的疾充电时代；全体而言，软包石墨/NMC532电池3D热模子与差别温度下的两个1D电化学模子相连系。个中，3D模子可预测疾充历程中的温度分散，第一个电化学模子用于确定3D热模子和电池的完全电化学中的热天生率，第二个电化学模子用于凭据隔阂-负极界面处的过电位预测锂浸积的起头。同时，该模子凭据锂浸积过电位和电池温度的轨迹担任充电电流和冷却剂流量。为了担任充电电流，引入了恒定危机 (CR) 充电制定，该制定可正在预订义的规模内最大化电流，从而最大水平地下降电池本能衰减的危机。

该模子最初用于模仿15-95% SOC的CR充电制定，并连系三种热束缚场景：绝热束缚（ZTM）、恒热束缚（CTM）和变热束缚（ATM）。图 2显示了选拔6C行为最大答允 倍率（Ilim）以告终10分钟的充电时代，选拔55℃行为锂离子电池的最高温度（Tmax,lim），选拔10 mV行为锂浸积的珍爱过电位（ηPP），选拔60 mm厚的负极和50mm厚的正极行为典范EV电池的载量。琢磨解说，CTM显示了最长的充电时代（18分钟），其次是具有最高温度节制的ZTM具有12分钟的充电时代，结果是ATM和无最高温度节制的ZTM的充值时代均为8分钟。值得留心的是，ATM或许正在不导致温度跨越Tmax,lim的状况下告终这一点，而无最高温度节制的ZTM跨越Tmax,lim约10°C，违反了CR制定。一种动态担任利用于电池的冷却变热束缚计谋是维持高倍率，同时防范疾充时温渡过高的最佳设施。

变热束缚计谋具有疾充的潜力，同时正在与CR制定连系时还可能防范本能降低。图3显示了充电时代并供给了20种差别的状况。值得留心的是，D、F、K、O 和 Q 代表了图 2中显示的变热束缚的状况。图3中的A-D总结了图2F中的结果，并表明了变热束缚的好处。个中，将Tmax,lim从35°C扩张到55°C可能将充电时代从12.5分钟节减到8分钟（I-L）。同时，Tmax,lim的进一步扩张对充电时代的影响可能粗心不计，过电位截止（ηPP）（Q-T）有细微影响，充电时代扩张了约1分钟。因为电池或许正在用于迅速充电的高倍率下迅速升温，于是初始温度（E-H）对充电时代险些没有影响。从45°C到54°C充电时代节减可能说明为正在较高的温度下有利于电池轮回。从54°C到55°C充电时代扩张由恒定危机制定担任，正在Tmax>Tmax,lim时下降电流以防范过热。

操纵图3中的条款E 对具有变热束缚担任的恒定危机充电制定举办了周到演示。全体来说，电池正在15°C的平均温度下起头（图4D），并以6C的Ilim充电（图 4B）。正在最初的20秒内，因为高倍率（图 4B）和适中的温度（图 4A），锂浸积过电位急速降低。正在约20秒时，负极抵达ηPP（10 mV）并触发浸积珍爱形式。从20到100秒，浸积珍爱形式以尽不妨高的电流为电池充电。轮回100秒后，因为电池温度的升高，电池再次来到并保护Ilim。正在时代t1（~6.25分钟），电池中的最高温度亲切Tmax,lim，启动热珍爱形式并启动冷却剂活动。冷却剂比内部更疾地冷却电池的边际，这导致阳极电位跟着Tmin的下降而下降（图 4C）。正在6.75分钟时，再次触发锂浸积珍爱形式，连接到t2，Tmax抵达Ton/off，中止冷却。电池将维持正在锂浸积珍爱形式下，直到7.8分钟，当抵达4.2V的截止点，并启动恒压环节。

彰彰，差别厚度的电极会影响电池充电时代。为了进一步物色这个观点，操纵带有 CR-ATM制定的模子举办了琢磨，以确定最大答允的负极厚度，正在每个厚度上运转一组模仿得到的Ilim，并选拔该规模内的最短充电时代（图5A-C）。图 5呈现了“危机更高”的打算节制即：更高的Tmax,lim（图 5A）、更低的ηPP（图 5B）和更高的Ilim（图 5C）。请留心，10分钟的最大厚度是正在6C到8C的Ilim规模内告终的。凭据电池化学本质，高倍率会导致颗粒决裂，从而扩张降解。于是，CR-ATM制定的本质推行不妨必要下降Ilim以商讨这些要素。同时，对待所需的10分钟充电时代，将Tmax ,lim从40°C扩张到60°C，最大负厚度从~60μm扩张到~90μm，从而下降了相对本钱（$ kWh）并扩张电池的能量密度。正在图5B中，对待10分钟的充电，将ηPP从50 mV下降到10 mV，将最大厚度从~65μm扩张到~85μm。为了进一步琢磨这一点，图 5C呈现了怎样节制Ilim影响模仿结果。对待大于15 分钟的所需充电时代，正在这些模仿中厚度维持恒定。正在充电时代小于15分钟时，最大负极厚度正在充电时代内渐渐等于恒流充电的80%。

图6总结了通过扩张CR-ATM制定的“危机”来告终电池本钱的下降，琢磨了差别 CR-ATM条款下三组模仿的结果，对应于安好（Tmax,lim=45°C, Ilim=4C, ηPP=30 mV）、中等（Tmax,lim=55°C, Ilim=6C, ηPP=10 mV）和激进（Tmax,lim=60°C, Ilim=12C, ηPP=0 mV）珍爱节制。对待全豹状况，扩张所需的充电时代会扩张最大答允负极厚度，从而下降本钱。正在12分钟的充电时代内，安好、中等和激进的条款会答允80、110和120 μm厚的负极（3.6、4.9和5.4 mA h cm），以及$94.5 kW h，$88.4 kW h和 $86.6 kW h的电池本钱。

总而言之，本文提出了一个恒定危机（CR）充电弧线，或许担任电流以最小化充电时代，同时将电池维持正在预订义的打算规模内（即、最大充电电流、最大电池温度和最小过电位以防范锂金属浸积），从而节制了电池容量衰减。同时，基于锂离子软包电池模仿了具有恒定危机制定电池，并表明了其牢靠性。另外，这些模仿与三种热束缚条款相连系：绝热、恒热和变热束缚，后者连系了基于电池温度的反应。这些温度担任条款呈现了操纵通盘电池束缚体例（电和热）来担任迅速充电，同时防范电池容量衰减的计谋。特别紧要的是，基于电束缚和热束缚的最佳充电计谋为量化电池本钱供给了紧要参考偏睹。

Juhyun Song,* Zhe Liu, Kevin W. Knehr,* Joseph J. Kubal, Hong-Keun Kim, Dennis W. Dees, Paul A. Nelson，Shabbir Ahmed，Pathways towards managing cost and degradation risk of fast charging cells with electrical and thermal controls,