为缩短电动轿车充电时刻，科学家们一直在积极寻觅新方案。

　　近日，我国科学技能大学俞书宏院士团队与姚宏斌、倪勇教授团队协作，致力于处理锂离子电池高能量密度与快充功能之间的对立，提出并制备出一种新式双梯度石墨负极材料，完结了锂离子电池在6分钟内充电 60%。相关效果近日发表于《科学进展》。

　　高能量密度与快充功能是一对对立

　　当时，锂离子电池驱动的电动轿车因其节能、环保受到人们青睐。可是，电动轿车的充电时刻远善于传统燃油轿车的加油时刻，大大降低了运用体验感。

　　“这首要是因为锂离子电池中石墨负极较差的倍率功能，约束了电动轿车的快速充电能力。”论文共同第一作者、我国科学技能大学合肥微标准物质科学国家研讨中心特任副研讨员卢磊磊向《我国科学报》解说。

　　能量密度、功率密度是点评电池系统的两个重要参数。能量密度决议着单位质量/体积下能够贮存的能量巨细，而功率密度则决议着电池充放的倍率。抱负状态下，这两项参数越高，锂离子电池功能越好。可是，高能量密度与快充功能是一对对立，是一个“此伏彼起”的进程。

　　卢磊磊说，“高能量密度一般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，约束充放电倍率。”

　　因而，为提高石墨负极的倍率功能，传统的战略一般是将石墨电极做到多孔或变薄。“可是，这些方法往往就会牺牲所制备电池的能量密度。”卢磊磊坦言。

　　有没有一种处理方案，能够完结高能量密度与快充功能“鱼与熊掌”的兼得?俞书宏团队决议从规划电极结构入手，在保证能量密度的情况下提高锂离子电池的快充功能。

　　给石墨颗粒“排队”加速充电速度

　　研讨团队首先构建了一种新式粒子级理论模型，用于一起优化电极结构中粒度散布和电极孔隙率散布两个参数，提高石墨负极的快充功能。

　　卢磊磊介绍，传统的二维模型一般简化颗粒为均质球形以及孔隙均匀散布。事实上，石墨颗粒多是巨细不一、形状不同，一般以相当随机的次序排列。一起孔的形状和巨细也非均匀散布。

　　而新式粒子级理论模型是根据真实的石墨颗粒构建出的三维模型，与实际的电极结构很接近。

　　在粒子级理论模型中，研讨人员依照石墨颗粒巨细的次序从头“排队”，一起调整电极孔隙率巨细散布。具体表现为，越接近电池顶部的石墨颗粒更小，孔隙率更高，越接近底部颗粒更大，孔隙率更低。

　　“咱们将这种结构称之为双梯度电极。”卢磊磊说，模拟计算结果表明，在大电流密度充电条件下，这种新结构相对于传统的随机均质电极以及单梯度电极，展现出了优异的快充功能。

　　抱负的结构模型已找到，接下来就是如安在电极中完结。

　　传统的电极制备方法中，由于浆料黏度很高，制备的石墨浆料安稳，不易发生沉降。因而制备出的电极，包括石墨颗粒巨细和孔隙率巨细一般都是均匀散布。卢磊磊说，“就像速溶奶粉，取任何一部分都是均质的。”

　　如何构筑一种“异质”结构?研讨团队开发了一种低粘度无聚合物粘结剂浆料自拼装技能，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，使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。

　　研讨人员发现，根据这种新式双梯度石墨负极材料制备出的锂离子电池分别在5.6分钟和11.4分钟从零充电到60%和80%，一起坚持高能量密度。

　　6分钟快充技能离产业化有多远?

　　那完结100%充电需要多长时刻?

　　“其实，这是一个误区。一般点评电池快充功能都是考量充电到60%或者80%容量时刻。”卢磊磊说，比方电动轿车制造商一般主张将车辆充电至80%，以坚持电池寿数。

　　谈到这项研讨的最大亮点，卢磊磊认为，“就是完结了一个假设、理论模型建立到实验再验证的进程，为战胜锂离子电池的高能量密度和快充功能之间的对立供给了新的思路。”

　　“间隔产业化还有一定间隔。”卢磊磊坦言，比方目前实验室的制备方法很难完结大规模生产，双梯度结构的规划很难坚持电极的一致性。

　　“目前，团队正逐步处理这些问题。希望有朝一日这种更高效的电池能够为电动轿车供给动力。”卢磊磊说。

　　“这种电极结构规划给处理快充供给了新思路，主张在大电池中应用进一步点评其功能，一起比较重视电极制备成本。”一位审稿人如是说。

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