英国帝国理工学院GregoryOffer课题组、清华大学欧阳明高院士课题组和法拉第研究所的BillyWu联合壳牌石油公司的研究人员联合在国际交通电动化杂志eTransportation上发表了关于锂离子电池快充的综述文章（Lithium-ionbatteryfastcharging:Areview）。该文章从材料层级到系统层级全面综述了影响锂离子电池快速充电的因素、快充现存的主要问题及解决方法。
背景介绍
近年来，为限制气候变化和空气污染的影响，锂离子电池在纯电动汽车中的广泛应用正在加速。但是相比于传统的燃油车，里程焦虑、充电时间长等问题成为阻碍电动汽车发展的主要问题。因此，快速充电(FastCharging)能力的提升成为电池厂商和整车厂普遍的发展目标。但是，研究表明低温、大倍率充电会引起电池的容量与输出功率等性能加速衰减；另一方面，电池在充电期间产生的大量热难以均匀、有效地散去，也会引起衰减加速以及其他安全问题。图1展示了从原子层级到车用系统层级下影响锂离子电池快速充电的因素。本文着眼于现有文献的回顾与总结，分析每一种层级下的关键技术限制因素。
图1不同层级下影响锂离子电池快速充电的因素
电动车充电的分类包括交流和直流，其中直流充电速度更快。特斯拉是率先使用kW快充的企业；博世年发布kW快充计划，在年的“Taycan”中实现。由于当前车用电池Pack的电压在V左右，kW的高功率充电要求Pack的电压更高以避免电流过大和产热过高的问题。博世“Taycan”和奥迪的e-tronGT概念车(充电功率达kW)均配备了V的锂离子电池Pack。年12月，宝马、博世和西门子联合研究组在德国两辆测试车上实现了kWCCS模式的快速充电。
尽管提高电动车充电功率的研究已有较大进展，但这些快充技术并不在所有情况下适应。根据电动车的特定工况和充电环境，持续充电过程中，充电功率会逐渐衰减。此外，快充模式下，由于安全等因素限制，电池通常只能充至80%的电量；更高电量下，充电倍率会逐渐减小以避免过充。此外，充电功率还受到电池管理系统(BMS)的限制。工业界对电池快充领域的兴趣越来越浓厚，理解清楚不同充电方法的决速步骤及其对电池寿命的影响十分必要。本文旨在从快速充电的多尺度和多学科特性出发，建立微观过程、材料特性、电池及Pack设计和充电策略优化之间的联系。
电池快速充电的原理
理想的电池应表现出长寿命、高能量密度和高功率密度特性，以在任何地点任何温度下都能够快速充电和补电以从而满足电动汽车长距离行驶的要求。但是，这些物理特性之间存存在trade-off关系，材料和设备的温度的影响决定了电池的使用阈值。温度下降时，充电速率和最大电压都应减小以确保安全性，这使得温度成为快充的关键限制因素。其中，随着温度降低，析锂的风险会显著增加。尽管很多研究者指出析锂常发生于温度低于25℃，但在高温尤其是充电倍率高、能量密度高时也容易发生。此外，快充效率和温度关系也十分密切，50kW的充电桩在25℃的充电效率为93%，但在-25℃的充电效率低至39%，这主要是因为BMS在低温下会限制额定功率。
常见的锂离子电池主要由石墨负极、锂金属氧化物正极、电解液、集流体、多孔隔膜构成。如图2所示，充电时Li+从正极经过电解液传输到负极，其中主要的传输路径有：1）经过固态电极；2）经过正负极的电极/电解质界面；3）经过电解液，包括Li+的溶剂化和去溶剂化。但电池的不当使用条件往往会引起一系列影响性能和寿命的副反应。此外，充放电倍率，电池内阻和电池极化等都会影响电池的热特性，如增加产热，降低充电效率和安全性等。
图2锂离子传输示意图a)充电，b)放电
大量研究表明正极的衰减和正极CEI膜的增长对传统锂离子系统的快充速度没有影响，因此负极成为充电过程中的主要