“电极”新材料支持电动汽车“快充” 或将拉动电动汽车销购量

今天，聚焦化工小新为大家分享来自化工仪器网的《新材料支持电动汽车“快充” 或将拉动电动汽车销购量》。

据工信部发布的《2021中国锂电产业发展指数白皮书》显示，我国已连续五年成为全球最大的锂电池消费市场。2021年，全球锂离子电池市场规模达到545GWh，其中，中国锂离子电池市场规模约324GWh，约占全球市场的59.4%。从汽车到电子产品，锂离子电池早已渗透到人们生活，为衣食住行提供“动力”。其中，锂离子电池驱动的电动汽车因其节能、环保受到人们青睐。

然而，电动汽车锂离子电池中石墨负极较差的倍率性能，限制了电动汽车的快速充电能力，其充电时间长于传统燃油汽车的加油时间，使用体验感并未达到预期。

近日，中国科学技术大学俞书宏院士团队与姚宏斌、倪勇教授团队合作，解决了锂离子电池高能量密度与快充性能之间的矛盾，提出并制备出一种新型双梯度石墨负极材料，实现了锂离子电池在6分钟内充电 60%，提升锂离子汽车的充电速度。该项成果近日发表于《科学进展》。

如何在保证电池体积不变的情况下，缩短充电时间？研究团队决定从设计电极结构入手，在保证能量密度的情况下提升锂离子电池的快充性能。

据介绍，能量密度、功率密度是评价电池系统的两个重要参数。能量密度决定着单位体积下可以储存的能量大小，而功率密度则决定着电池充放的倍率。这两项参数越高，锂离子电池性能越好。

然而，高能量密度通常意味着电池单体活性物质载量比较高，电极比较厚，从而具有较长的锂离子传输路径，限制充放电倍率。因此，为提高石墨负极的倍率性能，传统的策略通常是将石墨电极做到多孔或变薄。但是，这些方法往往就会牺牲所制备电池的能量密度。

首先需要构建新型适用模型。研究团队重新构建了一种新型粒子级理论模型，即双梯度电极，用于同时优化电极结构中粒度分布和电极孔隙率分布两个参数，提高石墨负极的快充性能。下一步则是将模型转移到电极中。研究团队开发了一种低粘度无聚合物粘结剂浆料自组装技术，混合铜包覆的石墨负极颗粒以及铜纳米线于乙醇溶液中制成浆料，利用不同尺寸颗粒石墨在浆料中沉降速度差异性，成功构建出模拟计算优化的双梯度结构，得到电极。

需要注意的是，电池并没有完成100%充电的概念。通常评价电池快充性能都是考量充电到60%或者80%容量时间。对电动汽车来说，充电至80%即可保持电池寿命。但目前，该项技术距离产业化还有一定距离，实验室的制备方法较难实现大规模生产，双梯度结构的设计很难保持电极的一致性等等。

该项研究为克服锂离子电池的高能量密度和快充性能之间的矛盾提供了新的思路，同时关注了电极制备成本。更重要的是该项技术将节省锂离子电池充电时间，提高电动汽车充电效率，让人们将注意力从燃油汽车转移到锂离子等清洁电动汽车上来，增加锂离子电动汽车购买量，助力实现“双碳”目标。

(资料来源：科技日报、工信部等)

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