記者3日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校俞書宏院士團(tuán)隊與合作者開發(fā)了一種無聚合物—粘結(jié)劑的漿液制備石墨負(fù)極的路線，可以普適地在石墨負(fù)極中構(gòu)建一種新型粒徑—孔隙度雙梯度結(jié)構(gòu)，大幅度提升了鋰離子電池的快充性能。相關(guān)成果日前發(fā)表在國際期刊《科學(xué)進(jìn)展》上。

電動汽車的快速充電能力受限于鋰離子電池中石墨負(fù)極高的濃差極化效應(yīng)和低的平衡電位。這項(xiàng)研究提出了在不犧牲鋰離子電池能量密度的前提下，在石墨負(fù)極內(nèi)部引入顆粒尺寸以及孔隙率的梯度異質(zhì)分布結(jié)構(gòu)設(shè)計，實(shí)現(xiàn)了石墨負(fù)極快充性能提升。

研究團(tuán)隊首先采用顆粒級尺度的理論模型，通過迭代設(shè)計方法仿真對石墨負(fù)極電極結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，同時對顆粒大小和電極孔隙度的雙重分布進(jìn)行了優(yōu)化。模擬計算結(jié)果表明，雙梯度分布電極相對于傳統(tǒng)的隨機(jī)電極以及單梯度電極，電極內(nèi)部電解液中鋰離子濃度分布更為平滑，從而表現(xiàn)出更小的濃差極化以及更高的活性材料利用率，展現(xiàn)出優(yōu)異的快充性能。研究人員進(jìn)一步開發(fā)了一種低粘度無聚合物—粘結(jié)劑漿料自組裝技術(shù)，制備銅納米線和銅顆粒包覆石墨低粘度乙醇漿料，利用不同尺寸顆粒石墨在漿料中沉降速度差異性，在石墨負(fù)極中成功構(gòu)建出模擬計算優(yōu)化的雙梯度結(jié)構(gòu)，基于該石墨負(fù)極所制備的鋰離子全電池展現(xiàn)出與實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ拖嗤膬?yōu)異快充性能。