手机电池快充技术的材料奥秘 - 解析华为快充技术

　　手机电池快充技术的材料奥秘

　　续航能力一直是手机发展的一个短板，尤其是在智能大屏手机普及之后。而手机电池的续航能力由什么决定呢？能量密度和功率密度是决定电池性能的重要方面。

　　能量密度指的是单位重量的电池所储存的能量是多少。

　　功率密度指的是单位重量的电池在放电时可以以何种速率进行能量输入和输出。

　　假如把锂电池的充放电循环比作一个长跑选手，能量密度是指他本身的体能，功率密度则是他奔跑的速度。一个选手最终的成绩需要由这两方面共同决定。

　　能量密度是由电池的材料特性决定的。目前的现状是， 在锂离子电池正负极材料能量密度是无法短时间内提升的。那么，我们只能改变速度——也就是功率密度。

　　什么是快充技术？仅仅是快充那么简单？

　　快充技术，就是一种改变功率密度的技术。

　　快速充电主要是保证锂离子快速的从正极嵌出并快速的嵌入负极（图一），且不能造成锂离子的沉积（保证安全性能）。

　　这是什么意思呢？也就是说，快充技术，又不仅仅是快充那么简单。如果我们只考虑电池快充性能，可以通过降低极片的涂膜重量，减少锂离子迁移的路径，保证锂离子的快速嵌入来实现，或尽可能的多加导电剂，提升极片的离子导电能力和电子导电能力。这种做法，较大程度地牺牲了能量密度（续航能力），在便携式电子设备中无法实际应用。（图2）

　　打个比方，我们希望长跑选手更快跑完比赛，可以通过缩短跑程（减少锂离子迁移路径），注射兴奋剂（尽可能添加导电剂），但是这些都是以牺牲选手的体能为代价的，现实中也是不可能实现的。

　　

　

　　上海杉杉科技经过17年的发展，自主创新并建立了多套石墨负极产品生产工艺流程，形成了6项核心技术，产品在便携式电子设备、电动汽车、储能领域得到了广泛的应用，已成为世界最大的锂离子电池人造石墨负极材料生产企业。

　　2014年开始，上海杉杉科技与华为合作开发快充负极材料，以人造石墨为主体，采用具有自主知识产权的二次颗粒制备和改性两项核心技术，实现了负极材料快充性能的提高。

　　由于石墨颗粒具有一定的取向性排列，减少一次颗粒的粒径，有利于锂离子从各个方向快速地嵌入，通过二次造粒方式，相当于在材料内部修建了一条高速公路，能保证电解液的充分浸润，有效缩短了锂离子的扩散距离，从而提高锂离子电池快充性能（图3）

　

　　采用了改性工艺，通过引入杂原子改变碳基分子结构，相当于在材料分子内部修通了一条隧道，充电速度得到质的飞跃的同时，又不影响电池的能量密度和使用寿命（图4，5）。

　　简言之，杉杉科技和华为采用的技术创新，让“选手”的跑道变成一条条高速公路和隧道，速度比常规选手快了10倍。

　　

　　在2015第56届日本电池大会上，华为与上海杉杉科技即共同展示了锂离子电池快充成果。经过两年多的产业化开发和实机测试，已成功应用于华为荣耀Magic快充手机，该技术的突破将会给手机、电动车、移动电源、穿戴式设备带来革新。

　　以目前的技术手段来说，提高充电速度的方法有两个大方向：一是提高电压，二是提高电流。提高电压会增大充电过程中的发热量，加速电池老化并可能带来安全隐患，因此实际效果不佳。相比之下，提高电流则现实安全的多。不论是哪种快充方案，肯定都会对电池有一定的损耗，这就需要厂商在技术上的突破。