去年，三星NOTE7的電池爆炸事件，引發(fā)了全球市場的關(guān)注。三星電子隨后相繼召回全球約250萬部Galaxy Note 7設(shè)備，此舉據(jù)估算花費該公司約1萬億韓元（9.04億美元）的成本。此次電池質(zhì)量事件，究其原因由電芯缺陷引發(fā)的，是快充技術(shù)惹的禍！

如今智能手機仍在持續(xù)升級，無論在屏幕尺寸還是硬件性能都在不斷飆升，可唯獨電池續(xù)航無法得到質(zhì)的提升。在其他部件技術(shù)正在快速發(fā)展的同時，電池技術(shù)并沒有同步得到發(fā)展，已經(jīng)被遠遠甩在后面。正因如此，手機的續(xù)航能力成為用戶日常使用手機最頭疼的問題。而快速充電可以說是因為在目前這個環(huán)境下推出的一個更有效的手法。

快充技術(shù)

講快充技術(shù)必須先了解電池充電中的“C”的概念。這個概念非常重要，是電池討論分析中最常用的術(shù)語。

電池中的倍率縮寫是Current-Rate--“A C rate is a measure of the rate at which a battery is discharged relative to its maximum capacity. A 1C rate means that the discharge current will discharge the entire battery in 1 hour.” 就是電池在規(guī)定的時間內(nèi)放出其額定容量所輸出的電流值，1C表示用1個小時將電池電量放完所需要的電流大小。2C就表示0.5小時放完所需要的電流大小。倍率越大，也就意味著電流越大。

之后就是快充的定義：顧名思義，快充即對二次可充放電池的快速充電的過程，其實多快算快，多快就不算快也沒有一個特別嚴(yán)格的定義，但是一般情況下可以簡單化的理解為在小于1小時內(nèi)充電的制度(即充電速率大于1C)。

快充技術(shù)的基本概念

1、電池的充電一般都是靠測量其電壓來測定充放電程度的，使用庫侖計的是少數(shù)，而這種情況下電池充/放電的電量顯示實際上只是一個電池實時電壓的換算關(guān)系。快充與慢充相比，會帶來很大的過電壓(電流變大，U=IR，電池內(nèi)阻會貢獻更大的過電壓)，化學(xué)擴散反應(yīng)也會跟不上，此時雖然電池可能表面上充到了一個高電壓值而顯示電量很高，實際上并沒有充進那么多電，一個實例如下圖所示：

2、實際上，任何電池其實都能快充充“滿”電，在這里的“滿”其實只是電壓提了上去，無法與充入的電量/能量直接線性比例地對應(yīng)起來。而且在這些時候，大電流充電會導(dǎo)致焦耳發(fā)熱效應(yīng)加劇(Q=I2Rt)，并帶來電池內(nèi)的材料副反應(yīng)分解、產(chǎn)氣等一系列問題，危險系數(shù)驟然增加，至于此條件下電池的壽命就更不用提了，非功率型電池的壽命必然會大幅縮短：因此其實是大部分廠家自己為了安全可靠，出于綜合考慮，廠家設(shè)計了電路為電池限定了充電電流的上限，不讓大家使用快充。

3、如果電池想要快充，對于其功率相關(guān)的性能要求也就更高，內(nèi)阻低就是很重要的一條(Q=I2Rt，小的電阻值R可以減少焦耳發(fā)熱量)，在這種情況下，使用高電導(dǎo)的電極材料(碳包覆，改性提高鋰擴散系數(shù)，減小粒徑縮短擴散路徑)、使用更多的導(dǎo)電劑、涂布更薄的電極(讓傳質(zhì)擴散距離變短)都是典型的功率快充型電池的設(shè)計思路。以上這些設(shè)計理念當(dāng)然也會與追求能量密度的目標(biāo)有所沖突，魚與熊掌不可兼得。

4、滿足上述特性的功率型電池，比起能量型電池更為適合快充，這意味著其內(nèi)阻小，充電發(fā)熱量低，副反應(yīng)更少，安全性能更好，比起能量型/那些大部分不適合快充的電池，在大電流快充時其電壓與充入電量/能量的對應(yīng)關(guān)系更優(yōu)，通俗的講就是：發(fā)熱少，更安全，真的能充進那么多電，而不是只是顯示著好像能充進去。

5、老生常談的一個簡單判據(jù)，如果有人吹噓他的快充技術(shù)，你一定要折算一下充電功率，然后看看這個充電功率需要對應(yīng)多粗的電線，單這一條判據(jù)就足夠篩走90%不靠譜的快充假新聞了。

快充技術(shù)對于電池的要求

如果電池想要快充，對于其功率相關(guān)的性能要求也就更高。那么電池就要提升功率性能，需要在電池整體的各個環(huán)節(jié)中都下功夫，主要包括正極、負(fù)極、電解液、隔膜和結(jié)構(gòu)設(shè)計等。

1、正極

各種正極材料幾乎都可以用來制造快充型電池，主要需要保證的性能包括電導(dǎo)(減少內(nèi)阻)、擴散(保證反應(yīng)動力學(xué))、壽命(不需要解釋)、安全(不需要解釋)、適當(dāng)?shù)募庸ば阅?比表面積不可太大，減少副反應(yīng)，為安全服務(wù))。當(dāng)然，對于每種具體材料要解決的問題可能有所差異，但是我們一般常見的正極材料都可以通過一系列的優(yōu)化來滿足這些要求，但是不同材料也有所區(qū)別：

A、磷酸鐵鋰可能更側(cè)重于解決電導(dǎo)、低溫方面的問題。進行碳包覆，適度納米化(注意，是適度，絕對不是越細(xì)越好的簡單邏輯)，在顆粒表面處理形成離子導(dǎo)體都是最為典型的策略，相關(guān)有大量的文獻以及企業(yè)的研究成果報導(dǎo)，在國內(nèi)，CATL和BYD等企業(yè)都在磷酸鐵鋰的優(yōu)化方面有自己的特色。

B、三元材料本身電導(dǎo)已經(jīng)比較好，但是其反應(yīng)活性太高，因此三元材料少有進行納米化的工作(納米化可不是什么萬金油式的材料性能提升的解藥，尤其是在電池領(lǐng)域中有時還有好多反作用)，更多在注重安全性和抑制(與電解液的)副反應(yīng)，畢竟目前三元材料的一大命門就在于安全，近來的電池安全事故頻發(fā)也對此方面提出了更高的要求。

C、錳酸鋰是則對于壽命更為看重，目前市面上也有不少錳酸鋰系的快充電池。

鋰離子電池的電化學(xué)原理示意圖

2、負(fù)極

鋰離子電池充電的時候，鋰向負(fù)極遷移。而快充大電流帶來的高過電位會導(dǎo)致負(fù)極電位更負(fù)，此時負(fù)極迅速接納鋰的壓力會變大，生成鋰枝晶的傾向會變大，因此快充時負(fù)極不僅要滿足鋰擴散的動力學(xué)要求，更要解決鋰枝晶生成傾向加劇帶來的安全性問題，所以快充電芯實際上主要的技術(shù)難點為鋰離子在負(fù)極的嵌入。

A、目前市場上占有統(tǒng)治地位的負(fù)極材料仍然是石墨(占市場份額的90%左右)，根本原因無他--便宜(你們天天嫌電池貴！)，以及石墨綜合的加工性能、能量密度方面都比較優(yōu)秀，缺點相對較少。石墨負(fù)極當(dāng)然也有問題，其表面對于電解液較為敏感，鋰的嵌入反應(yīng)帶有強的方向性，因此進行石墨表面處理，提高其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，促進鋰離子在基上的擴散是主要需要努力的方向，CATL在這方面做了很多非常先進的工作，有效地提升了石墨負(fù)極的綜合性能。

B、硬碳和軟碳類材料近年來也有不少的發(fā)展：硬碳材料嵌鋰電位高，材料中有微孔因此反應(yīng)動力學(xué)性能良好；而軟碳材料與電解液相容性好，MCMB材料也很有代表性，只是硬軟碳材料普遍效率偏低，成本較高(而且想像石墨一樣便宜恐怕從工業(yè)角度上看希望不大)，因此目前用量遠不及石墨，更多用在一些特種電池上。

C、另外，鈦酸鋰的優(yōu)點是功率密度高，較安全，缺點也明顯，能量密度很低，按Wh計算成本很高。因此鈦酸鋰電池是一種有用的在特定場合下有優(yōu)勢的技術(shù)，但是對于很多對成本、續(xù)航里程要求較高的場合并不太適用。

D、硅負(fù)極材料是重要的發(fā)展方向，松下的新型18650電池已經(jīng)開始了對此類材料的商用進程。但是如何在納米化追求性能與電池工業(yè)對于材料的一般微米級的要求方面達到一個平衡，仍是比較有挑戰(zhàn)性的工作。

3、隔膜

對于功率型電池，大電流工作對其安全、壽命上提供了更高的要求。隔膜涂層技術(shù)是繞不開的，陶瓷涂層隔膜因為其高安全、可以消耗電解液中雜質(zhì)等特性正在迅速推開，尤其對于三元電池安全性的提升效果格外顯著。陶瓷隔膜目前主要使用的體系是把氧化鋁顆粒涂布在傳統(tǒng)隔膜表面，比較新穎的做法是將固態(tài)電解質(zhì)纖維涂在隔膜上，這樣的隔膜的內(nèi)阻更低，纖維對于隔膜的力學(xué)支撐效果更優(yōu)，而且在服役過程中其堵塞隔膜孔的傾向更低。涂層以后的隔膜，穩(wěn)定性好，即使溫度比較高，也不容易收縮變形導(dǎo)致短路，清華大學(xué)材料學(xué)院南策文院士課題組技術(shù)支持的江蘇清陶能源公司在此方面就有一些代表性的工作，隔膜如下圖所示。

涂布固態(tài)電解質(zhì)纖維的隔膜

4、電解液

電解液對于快充鋰離子電池的性能影響很大。要保證電池在快充大電流下的穩(wěn)定和安全性，此時電解液要滿足以下幾個特性：A)不能分解，B)導(dǎo)電率要高，C)對正負(fù)極材料是惰性的，不能反應(yīng)或溶解。如果要達到這幾個要求，關(guān)鍵要用到添加劑和功能電解質(zhì)。比如三元快充電池的安全受其影響很大，必須向其中加入各種抗高溫類、阻燃類、防過充電類的添加劑保護，才能一定程度上提高其安全性。而鈦酸鋰電池的老大難問題，高溫脹氣，也得靠高溫功能型電解液改善。

5、電池結(jié)構(gòu)設(shè)計

典型的一個優(yōu)化策略就是疊層式VS卷繞式，疊層式電池的電極之間相當(dāng)于是并聯(lián)關(guān)系，卷繞式則相當(dāng)于是串聯(lián)，因此前者內(nèi)阻要小的多，更適合用于功率型場合。另外也可以在極耳數(shù)目上下功夫，解決內(nèi)阻和散熱問題。此外使用高電導(dǎo)的電極材料、使用更多的導(dǎo)電劑、涂布更薄的電極也都是可以考慮的策略。

手機市場的主流快充技術(shù)方案

從小型的電子產(chǎn)品到大型的電動汽車，甚至電動公交車，各大品牌廠商都在快充技術(shù)上下足了功夫。

在電子產(chǎn)品市場，現(xiàn)在比較成熟的快充技術(shù)方案已經(jīng)陸續(xù)研發(fā)出來了。主要的快充實現(xiàn)方式是：電壓不變，提高電流；電流不變，提升電壓；電壓、電流均提高。從OPPO推出VOOC閃充方案后，各家的快充方案不斷出現(xiàn)。目前高通、MTK、Intel陣營都在主導(dǎo)自有標(biāo)準(zhǔn)的快充方案。

1、高通Quick Charge 3.0

高通發(fā)布了最新的快充技術(shù)Quick Charge 3.0。

高通Quick Charge 2.0快充技術(shù)將充電電壓從5V提高到9V（最高至12V），充電電流則由1A提升到1.6A（最大3A）。根據(jù)高通官方給出的數(shù)據(jù)，QuickCharge 2.0能夠在30分鐘內(nèi)為一款電池容量為3300mAh的智能手機充入60%的電量。

在不改變MicroUSB充電接口的前提下，同時提高電流和電壓，讓手機充電速度飛躍提升，節(jié)省了不少等待時間，這一新技術(shù)得到了手機廠商的推崇，引起了用戶和媒體的持續(xù)關(guān)注。自高通Quick Charge 2.0的發(fā)布之后，各大電子品牌相繼推出了融合各自特點的快充方案及搭載相關(guān)方案的產(chǎn)品。

而QuickCharge3.0采用INOV最佳電壓智能協(xié)商算法后，則以200mV增量為一檔，提供從3.6V到20V電壓的靈活選擇。這將允許手機等移動終端獲得恰到好處的電壓，達到預(yù)期的充電電流，從而最小化電量損失、提高充電效率并改善熱表現(xiàn)。現(xiàn)在快充技術(shù)與USBType-C的結(jié)合，更是將易用性與實用性推向新高度。

QuickCharge3.0正式推出，并將在部分高通驍龍處理器中以選配形式提供，包括驍龍820、652、650、625、617、435和430處理器。

2、OPPO VOOC閃充技術(shù)

OPPO在快充技術(shù)的研究上也占了一席之地。OPPO的VOOC是首批商用的快充技術(shù)之一，與其他提升電壓的技術(shù)不同，OPPO在不改變電壓的輸出情況下，采用了5V大電流輸出，從而提升充電速度。

OPPO在Find 7上首次嘗試自主研發(fā)的VOOC閃充技術(shù)，輸出規(guī)格為5V/4.5A（22.5W），實際測試確實效果突出，從23%充到100%只用了一個小時。OPPO N3則配備了全新升級和改良的二代VOOC閃充，輸出規(guī)格提升到5V/5A（25W），官方稱30分鐘即可完成從0-75%的快速充電。到現(xiàn)在的OPPO R5、R7充電速度更快，性能更強勁。R7更是打出了 “充電5分鐘，通話2小時”的彪悍廣告語，證明了OPPO在快充技術(shù)方面的實力。

目前，OPPO的VOOC閃充技術(shù)應(yīng)用于自家的OPPO Find7、N3、R5、R7等系列產(chǎn)品，市場反響不錯。

作為OPPO的獨門絕技，該充電技術(shù)是一整套定制的電路、電芯、接口、數(shù)據(jù)線，配以智能MCU芯片的適配器，針對OPPO手機量身打造，并不適用于其他手機。這是OPPO vooc技術(shù)推廣的短板。

3、MTK Pump Express Plus充電技術(shù)

MTK的Pump Express Plus充電技術(shù)是通過提升電壓的方式，來提高充電速度，實現(xiàn)快充的。已經(jīng)在MT6595、MT6732等平臺開放Pump Express Plus充電技術(shù)，前者為快速直流充電器提供的輸出功率小于10W（5V），后者為充電器提供的輸出功率大于15W（高達12V）--充電30分鐘可將2060mAh的手機電池電量從0%充到75%。最大輸出電壓是12V，以便安全可靠地輸送15W以上或更高的電能。其最大充電速度比傳統(tǒng)充電器快45%，它能夠更加高效地向電池輸送電能，從而縮短充電時間。

MTK的Pump Express Plus充電技術(shù)還有一個絕招，減少恒流充電時間，通過檢測手機充電過程中根據(jù)電池電壓、電量和溫度等參數(shù)動態(tài)，來不斷調(diào)整恒流階段的充電電壓，實現(xiàn)電池的快速充電。

目前搭載MTK Pump Express Plus充電技術(shù)的電子產(chǎn)品不多，主要有以下幾個：

Koobee Halo3是首款具備MTK Pump Express Plus技術(shù)的手機 。高速閃充功能讓手機只需要半個小時的充電時間，就能將Halo3充至75%。同時，Koobee Halo3還進行了特殊的電路開關(guān)設(shè)計，使得用戶在享受閃充帶來的高速充電體驗的同時，不必?fù)?dān)心安全問題。

魅族MX5也可能采用MTK Pump Express Plus充電技術(shù)。有人預(yù)測，如果MX5采用MT6795八核處理器，將會選擇MTK快充。魅族MX5的充電器為UP1220，輸入支持100-240V全球?qū)挿妷海?輸出共有三檔，分別是5V、9V、12V，都是2A，輸出功率高達24W。

總體來說，MTK Pump Express Plus通過提升電壓、搭配電流檢測的方式，實現(xiàn)電池快充的技術(shù)還是很不錯的。

4、TI MaxCharge快充技術(shù)

叫陣高通和聯(lián)發(fā)科，TI也推出了移動快充協(xié)議MaxCharge。TI遵循的快充原則是電流電壓同時提高，實現(xiàn)電池快充。

TI發(fā)布了三款快充IC，與現(xiàn)有的5V2A輸入充電速度相比，這三顆IC輸入電流高達5A，將充電電流提升了一倍以上，最高可將充電時間減少60%，讓用戶可以實現(xiàn)快速充電的同時又不會受到發(fā)熱過量的困擾。TI帶來的MaxCharge快充技術(shù)不止充電電流彪悍，輸入電壓最高可達14V，從而向下兼容高通QuickCharge2.0的9V、12V兩檔電壓，而對MTKPumpExpress的7V、9V、12V支持也更不在話下。

強大的性能可能會讓TI在接下來的時間里，收到市場歡迎。但是TI的較高的成本價，可能會讓低端品牌望而卻步。

5、其他快充技術(shù)

蘋果公司在快充技術(shù)上也推出了自家的解決方案，采用提高電壓的方法，實現(xiàn)Apple 20V快充技術(shù)。未來iOS或?qū)⑴鋫漭敵?V到20V的充電器，打破現(xiàn)在5V的充電器限制。iPhone可以使用最高20V的充電器來充電。

快速充電對于我們?nèi)粘Ｉ畹谋憷鋵嵍挤浅Ｖ庇^，核心無非在于省時間這一點--電動汽車如果可以像汽油車一樣幾分鐘就可以恢復(fù)最大續(xù)航；手機迅速充滿(比如VIVO OPPO等手機的技術(shù)，其中CATL為其提供快充型電池做出了相當(dāng)?shù)呢暙I)，不用為了電量總是焦慮。但是快充電池的潛在貢獻遠不只在此，比如功率型儲能器件快速普及可以極大的幫助新能源的消納，尤其是應(yīng)對間隙性和波動性的問題，功率儲能設(shè)備還可以在電網(wǎng)中承擔(dān)更多的復(fù)雜服務(wù)功能，其快速響應(yīng)的優(yōu)點可以勝任電網(wǎng)中的許多場合，帶來綜合收益，是電網(wǎng)智能化、建設(shè)能源互聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分。