据中国科学报消息，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，致力于解决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，实现锂离子电池在 6 分钟内充电 60%，相关成果近日发表于《科学进展》。
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电动汽车充电时间远长于传统燃油汽车的加油时间，主因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。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。但这些方法往往就会牺牲所制备电池的能量密度，俞书宏团队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。
研究团队开发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。基于这种新型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%，同时保持高能量密度。
这项研究的最大亮点是完成了一个假设、理论模型建立到实验再验证的过程，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。
据悉，该研究距离产业化还有一定距离，比如目前实验室的制备方法很难实现大规模生产，双梯度结构的设计很难保持电极的一致性。目前，团队正逐步解决这些问题。希望有朝一日这种更高效的电池可以为电动汽车提供动力。
