新材料突破電動(dòng)車(chē)的快充 六分鐘充電60%

　　現(xiàn)在，研究人員開(kāi)發(fā)出了一種新型雙梯度石墨負(fù)極材料制備出的鋰離子電池，實(shí)現(xiàn)了6分鐘從零充電到60%的電動(dòng)車(chē)快充，同時(shí)保持高能量密度。

　　近年來(lái)，隨著對(duì)可再生能源利用的巨大需求，和對(duì)環(huán)境污染問(wèn)題的日益關(guān)注，以鋰電池為代表的二次電池——這種能夠?qū)⑵渌问侥芰哭D(zhuǎn)換成的電能，并預(yù)先以化學(xué)能的形式存儲(chǔ)下來(lái)的儲(chǔ)能技術(shù)，持續(xù)革新著能源系統(tǒng)。

　　現(xiàn)階段，鋰離子電池已經(jīng)成為電動(dòng)汽車(chē)最重要的動(dòng)力源，其發(fā)展經(jīng)歷了三代技術(shù)的發(fā)展，其中，鈷酸鋰正極為第一代，錳酸鋰和磷酸鐵鋰為第二代，三元技術(shù)則為第三代。不過(guò)，鋰電池的續(xù)航能力、電池循環(huán)使用壽命有限等問(wèn)題，也常常被人們所詬病。

　　其中，快充對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)似乎是必須的，但同時(shí)，大電流迫使鋰離子在電池內(nèi)部快速遷移，容易出現(xiàn)鋰析出，長(zhǎng)期下去電池容量會(huì)快速衰減，最壞的情況則是鋰析出后堆積形成鋰枝晶，刺穿隔膜，導(dǎo)致電池發(fā)生內(nèi)短路，最終發(fā)生熱失控，進(jìn)而起火。

　　為縮短電動(dòng)汽車(chē)充電時(shí)間，科學(xué)家們一直在積極尋找新方案。近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書(shū)宏院士團(tuán)隊(duì)與姚宏斌、倪勇教授團(tuán)隊(duì)合作，致力于解決鋰離子電池高能量密度與快充性能之間的矛盾，提出并制備出一種新型雙梯度石墨負(fù)極材料，實(shí)現(xiàn)了鋰離子電池在6分鐘內(nèi)充電 60%。

　　具體來(lái)看，研究團(tuán)隊(duì)首先構(gòu)建了一種新型粒子級(jí)理論模型，用于同時(shí)優(yōu)化電極結(jié)構(gòu)中粒度分布和電極孔隙率分布兩個(gè)參數(shù)，提高石墨負(fù)極的快充性能。

　　研究人員表示，傳統(tǒng)的二維模型通常簡(jiǎn)化顆粒為均質(zhì)球形以及孔隙均勻分布。事實(shí)上，石墨顆粒多是大小不一、形狀不同，通常以相當(dāng)隨機(jī)的順序排列。同時(shí)孔的形狀和大小也非均勻分布。而新型粒子級(jí)理論模型是基于真實(shí)的石墨顆粒構(gòu)建出的三維模型，與現(xiàn)實(shí)的電極結(jié)構(gòu)很接近。

　　在粒子級(jí)理論模型中，研究人員按照石墨顆粒大小的順序重新“排隊(duì)”，同時(shí)調(diào)整電極孔隙率大小分布。模擬計(jì)算結(jié)果表明，在大電流密度充電條件下，這種新結(jié)構(gòu)相對(duì)于傳統(tǒng)的隨機(jī)均質(zhì)電極以及單梯度電極，展現(xiàn)出了優(yōu)異的快充性能。

　　為了在電極中實(shí)現(xiàn)，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種低粘度無(wú)聚合物粘結(jié)劑漿料自組裝技術(shù)，混合銅包覆的石墨負(fù)極顆粒以及銅納米線于乙醇溶液中制成漿料，利用不同尺寸顆粒石墨在漿料中沉降速度差異性，成功構(gòu)建出模擬計(jì)算優(yōu)化的雙梯度結(jié)構(gòu)，得到電極。

　　研究人員發(fā)現(xiàn)，基于這種新型雙梯度石墨負(fù)極材料制備出的鋰離子電池分別在5.6分鐘和11.4分鐘從零充電到60%和80%，同時(shí)保持高能量密度。

　　這種電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)給解決快充提供了新思路，在未來(lái)的能源系統(tǒng)中發(fā)揮核心作用的，或許正是如今這些具有意義和分量的突破性的電池技術(shù)。

文章來(lái)源：第一財(cái)經(jīng)