除了成本，电动汽车里程焦虑症是限制电动汽车大规模普及的重要因素之一。所谓里程焦虑，是指人们在行驶过程中担心电动汽车的电量不足，不足以将其带到充电桩充电或者目的地。
目前，有望解决里程焦虑症的有效方案是锂电快充技术，提高电动汽车的续航能力。在这方面，特斯拉取得了亮眼的业绩。2020年6月29日，特斯拉在官网发布了Model 3高性能全轮驱动版车辆的国标工况续航里程，续航里程测试结果为635km，百公里加速时间为3.4秒。操控性和空气动力学表现极佳，时速可达261公里/小时。最重要的是，充电 15 分钟即可补充最多约 250 公里的续航电量。
在技术层面上，虽然已经实现了锂电快充技术，但是这离不开高活性电极材料的保驾护航，随之而来的便是人们非常关注的安全性和成本问题。而消费者是否愿意为高成本和高风险买单，这似乎不言而明。
因此，如何兼具低成本、安全性高、高能量密度和充电速度，成为了锂电池发展进程中的一个永恒主题。
近日，美国宾夕法尼亚州立大学王朝阳院士团队通过采用一种更为简捷、成本低廉的“热刺激”技术，攻克了锂电池快速充电和电池寿命难以兼得的关键问题。团队提出了热调控磷酸铁锂电池(TM-LFP battery) 的新型概念，研制出一种集低成本、安全性、快充且高续航里程于一身的高性能磷酸铁锂电池，有望解决新能源汽车发展的“里程焦虑”和“充电时间焦虑”难题。
据悉，仅需充电10分钟，该磷酸铁锂电池即可续航约250公里，而且成本仅与传统的内燃机相当。值得一提的是，装载该电池的电动汽车可在3秒内加速到60公里/小时！相关研究成果以“Thermally modulated lithium iron phosphate batteries for mass-market electric vehicles”为题，发表在《Nature Energy》上！
"
低成本、快充和电池寿命如何兼得？
王朝阳院士表示，秘诀就在于团队前期研发的热刺激技术，也称自加热技术（self-heating technology）。
在介绍该技术之前，先来看看锂电池快充技术的原理。简单来说，快充的实质就是增加锂离子的传递速率。普遍的做法是提高温度，从而加快锂离子移动速度，那么相应的充电速度就会提升。但是提高温度带来了新的问题，长时间高温充电会让电解液分解，缩短电池寿命。这就需要摸索出一个适当的温度参数和时间参数。
图2：自加热电池结构图
热调控磷酸铁锂电池的性能卖点
基于上述技术，王朝阳院士团队提出了热调控磷酸铁锂电池(TM-LFP battery)的概念，其核心在于：在电动汽车充电之前将电池快速加热至60℃左右进行快充，停止充电后电池会迅速冷却至环境温度。
性能卖点一：10分钟快速充电，可续航约250公里，而且不会出现所谓的析锂现象。如图3所示，磷酸铁锂电池在室温下最快可实现20分钟 (3C)充电，而在低温（0℃）下，只能实现80分钟(0.7C)充电。相反，如果在充电之前先将电池加热至60℃，磷酸铁锂电池在6C的倍率下充电也没有观察到析锂现象，而且充电时间可降至10分钟以内。这也意味着，只要加热速度足够快，热调控电池在任何环境温度下都可以实现10分钟快速充电。
图4：热调控电池能够实现全气候、高续航里程、高功率以及10分钟快充。
性能卖点三：采用低活性，低比表面积的石墨作为负极材料，电池的寿命有望超过200万公里。
最后，团队对比了传统三元电池、磷酸铁锂刀片电池、热调控磷酸铁锂电池的各项性能指标。如图5所示，热调控电池可同时满足电动汽车的多项需求，集低成本、高安全、高功率、快速充电、全气候、长寿命于一身，有望应用于未来面向大众市场的电动汽车中。
王朝阳，美国国家发明家科学院院士，国际知名的动力电池、储能与燃料电池技术科学家，浙江大学校友（1984年获浙大热物理工程学系（现能源工程学院）学士学位；1987年获硕士学位（师从屠传经教授），现为美国宾夕法尼亚州立大学William E. Diefenderfer 讲席教授、电池与储能技术研究院院长，美国机械工程师学会（ASME）会士，电化学学会（ECS）电池分会执行委员，联合国发展计划署高级技术顾问，北京科技冬奥新能源汽车专家组专家等。曾获美国科学基金会生涯奖，中国国家自然科学基金委海外杰出青年，美国宾州工程学会卓越研究奖。
王院士在锂离子电池和燃料电池技术方面有25年的研究经验，在Nature，Joule, PNAS, Science Advances等期刊上发表了220多篇学术论文，总计被引量超过30000多次，H-index指数为98，是汤森路透评选的工程学高被引科学家之一。同时，他还拥有80多项专利，并出版了两本专著。
参考文献：
Yang, XG., Liu, T. & Wang, CY. Thermally modulated lithium iron phosphate batteries for mass-market electric vehicles. Nat Energy (2021).