为什么快速充电会降低汽车电池的容量?

在电动汽车广泛应用的当下，快速充电技术为人们带来了极大的便利。然而，不少车主和专业人士都发现，频繁使用快速充电会导致汽车电池容量出现下降的情况。这一现象引发了广泛的关注和讨论，而探究其背后的原因，对保障电动汽车电池的健康使用和延长电池寿命具有重要意义。

温度升高加速电池老化

快速充电时，充电设备会以高于标准充电电流数倍甚至数十倍的电流为电池充电。大电流的通过会使电池内部产生大量的热量，导致电池温度急剧上升。我们都知道，化学反应的速率通常会随着温度的升高而加快，电池内部的化学反应也不例外。当电池温度升高后，电池内部的各种化学反应加速进行，这就如同给电池的老化按下了 “快进键”。在高温环境下，电池的活性材料会加速分解，电极材料的结构也会逐渐遭到破坏，从而影响电池的性能和寿命。

例如，当电池温度长时间处于较高水平时，电池中的电解液可能会发生分解，产生气体，导致电池内部压力增大，进而使电池的密封性受到影响。此外，高温还会使电极材料的晶格结构发生变化，降低锂离子在电极材料中的嵌入和脱出效率，最终导致电池容量的下降。而且，一旦电池温度超过了其正常工作范围，散热系统如果无法及时有效地将热量散发出去，就可能会引发热失控，严重时甚至会导致电池起火、爆炸等安全事故。

电芯极化现象加剧

在快速充电过程中，大电流的通过会加剧电池内部电芯的极化现象。所谓极化，是指在电池充放电过程中，由于电流的存在，电极电位偏离其平衡电位的现象。当极化现象发生时，电池的内阻会增大，这意味着在相同的电流下，电池内部产生的热量会更多，进一步加剧了电池的温度上升。

随着极化现象的加剧，电池的充放电效率会降低，电池的实际可用容量也会随之减少。电极偏离平衡电位的程度越大，电池在充放电过程中所需要克服的能量障碍就越高，这就使得一部分电能无法有效地转化为化学能储存起来，或者在放电时无法完全释放出来，从而导致电池容量的损失。而且，长期处于高极化状态下的电池，其电极材料的性能会逐渐恶化，最终影响电池的整体使用寿命。

电芯析锂现象产生

快速充电还容易导致电池内部电芯出现析锂现象。在正常的充电过程中，锂离子会有序地嵌入到负极材料中。但在快速充电状态下，由于电流过大，锂离子来不及均匀地嵌入负极材料，就会在负极表面直接析出金属锂。这是因为在快速充电时，电池内部的温度分布不均匀，正极温度高于负极，导致负极温度过低，从而引发析锂效应。

析锂现象对电池的危害是多方面的。首先，析锂会减少电池中锂离子的数量，而锂离子是电池实现充放电功能的关键物质，锂离子数量的减少直接意味着电池容量的降低。其次，析出的金属锂是一种非常活泼的金属，它在电池内部可能会与电解液等其他物质发生化学反应，进一步破坏电池的内部结构和化学平衡。而且，随着析锂现象的不断积累，金属锂可能会形成锂枝晶，锂枝晶会不断生长，当它生长到一定程度时，就可能会刺穿电池的隔膜，导致正负极短路，引发电池热失控，严重威胁电池的安全。

电极材料结构变化

一项由阿贡国家实验室和伊利诺伊大学厄巴纳 - 香槟分校联合进行的研究揭示了电动汽车快速充电对锂离子电池性能衰减的深层次原因。研究发现，在高速率充电下，不仅仅是电镀效应，电池在充放电过程中阳极的化学反应也扮演着关键角色。在石墨电极中，即使是少量的高倍率循环也会造成显著的无序，影响锂离子的嵌入和电镀过程。这种无序并非均匀分布在颗粒内部，而是呈现出反应异质性，对电池的长期可靠性构成挑战。

研究人员通过扫描电子纳米衍射技术观察到，石墨颗粒在原子层面的结构扭曲，使得锂离子在嵌入过程中遭遇阻碍。电池充电速度越快，石墨原子网络的扭曲越严重，阻碍了锂离子的移动，这是导致性能损失的关键因素。在快速充电中，不仅阳极表面会出现电镀，内部孔隙中也会积累反应产物，导致阳极膨胀，从而损害电池性能。这些电极材料结构的变化，都直接影响了电池的容量和性能。

虽然快速充电为电动汽车用户带来了极大的便利，但从上述分析可以看出，它确实会对汽车电池的容量产生负面影响。为了保护电池，延长其使用寿命，车主在日常使用中应尽量遵循 “日常慢充、紧急快充” 的原则。在家中有条件安装家用充电桩的情况下，优先选择慢充，因为在同样表显 100% 的情况下，慢充的续航会比快充多 15% 左右，这是由于快充时电流大、电池温度上升、化学反应不充分导致的 “虚电”。同时，要按照车辆使用说明正确充电，避免过度充电和频繁快充，以确保电池能够保持良好的性能和健康状态。随着电池技术的不断发展，相信未来会有更好的解决方案来平衡快速充电与电池寿命之间的关系，让电动汽车的使用更加便捷和可靠。