#新材料突破锂离子电池瓶颈#,6分钟充电60%】为缩短电动汽车充电时间,科学家们一直在积极寻找新方案。

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,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,实现了锂离子电池在6分钟内充电 60%。相关成果http://t.cn/A6XKLGRf 近日发表于《科学进展》。

研究团队首先构建了一种新型粒子级理论模型,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。

卢磊磊介绍,传统的二维模型通常简化颗粒为均质球形以及孔隙均匀分布。事实上,石墨颗粒多是大小不一、形状不同,通常以相当随机的顺序排列。同时孔的形状和大小也非均匀分布。

而新型粒子级理论模型是基于真实的石墨颗粒构建出的三维模型,与现实的电极结构很接近。

在粒子级理论模型中,研究人员按照石墨颗粒大小的顺序重新“排队”,同时调整电极孔隙率大小分布。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。

“我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性能。

理想的结构模型已找到,接下来就是如何在电极中实现。

传统的电极制备方法中,由于浆料黏度很高,制备的石墨浆料稳定,不易发生沉降。因此制备出的电极,包括石墨颗粒大小和孔隙率大小通常都是均匀分布。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。

研究人员发现,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。http://t.cn/A6XKUjWW

更多科学动态

全站最新消息

d