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新材料支持電動(dòng)汽車“快充” 或?qū)⒗瓌?dòng)電動(dòng)汽車銷購(gòu)量
2022年05月25日 09:06:32
來(lái)源：化工儀器網(wǎng) 作者：江魚 點(diǎn)擊量：4531
一種新型雙梯度石墨負(fù)極材料實(shí)現(xiàn)了鋰離子電池在6分鐘內(nèi)充電 60%，提升鋰離子汽車的充電速度。
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】 據(jù)工信部發(fā)布的《2021中國(guó)鋰電產(chǎn)業(yè)發(fā)展指數(shù)白皮書》顯示，我國(guó)已連續(xù)五年成為全球最大的鋰電池消費(fèi)市場(chǎng)。2021年，全球鋰離子電池市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到545GWh，其中，中國(guó)鋰離子電池市場(chǎng)規(guī)模約324GWh，約占全球市場(chǎng)的59.4%。從汽車到電子產(chǎn)品，鋰離子電池早已滲透到人們生活，為衣食住行提供“動(dòng)力”。其中，鋰離子電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車因其節(jié)能、環(huán)保受到人們青睞。
然而，電動(dòng)汽車鋰離子電池中石墨負(fù)極較差的倍率性能，限制了電動(dòng)汽車的快速充電能力，其充電時(shí)間長(zhǎng)于傳統(tǒng)燃油汽車的加油時(shí)間，使用體驗(yàn)感并未達(dá)到預(yù)期。
近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏院士團(tuán)隊(duì)與姚宏斌、倪勇教授團(tuán)隊(duì)合作，解決了鋰離子電池高能量密度與快充性能之間的矛盾，提出并制備出一種新型雙梯度石墨負(fù)極材料，實(shí)現(xiàn)了鋰離子電池在6分鐘內(nèi)充電 60%，提升鋰離子汽車的充電速度。該項(xiàng)成果近日發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》。
如何在保證電池體積不變的情況下，縮短充電時(shí)間？研究團(tuán)隊(duì)決定從設(shè)計(jì)電極結(jié)構(gòu)入手，在保證能量密度的情況下提升鋰離子電池的快充性能。
據(jù)介紹，能量密度、功率密度是評(píng)價(jià)電池系統(tǒng)的兩個(gè)重要參數(shù)。能量密度決定著單位體積下可以儲(chǔ)存的能量大小，而功率密度則決定著電池充放的倍率。這兩項(xiàng)參數(shù)越高，鋰離子電池性能越好。
然而，高能量密度通常意味著電池單體活性物質(zhì)載量比較高，電極比較厚，從而具有較長(zhǎng)的鋰離子傳輸路徑，限制充放電倍率。因此，為提高石墨負(fù)極的倍率性能，傳統(tǒng)的策略通常是將石墨電極做到多孔或變薄。但是，這些方法往往就會(huì)犧牲所制備電池的能量密度。
首先需要構(gòu)建新型適用模型。研究團(tuán)隊(duì)重新構(gòu)建了一種新型粒子級(jí)理論模型，即雙梯度電極，用于同時(shí)優(yōu)化電極結(jié)構(gòu)中粒度分布和電極孔隙率分布兩個(gè)參數(shù)，提高石墨負(fù)極的快充性能。下一步則是將模型轉(zhuǎn)移到電極中。研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種低粘度無(wú)聚合物粘結(jié)劑漿料自組裝技術(shù)，混合銅包覆的石墨負(fù)極顆粒以及銅納米線于乙醇溶液中制成漿料，利用不同尺寸顆粒石墨在漿料中沉降速度差異性，成功構(gòu)建出模擬計(jì)算優(yōu)化的雙梯度結(jié)構(gòu)，得到電極。
需要注意的是，電池并沒有完成100%充電的概念。通常評(píng)價(jià)電池快充性能都是考量充電到60%或者80%容量時(shí)間。對(duì)電動(dòng)汽車來(lái)說(shuō)，充電至80%即可保持電池壽命。但目前，該項(xiàng)技術(shù)距離產(chǎn)業(yè)化還有一定距離，實(shí)驗(yàn)室的制備方法較難實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，雙梯度結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)很難保持電極的一致性等等。
該項(xiàng)研究為克服鋰離子電池的高能量密度和快充性能之間的矛盾提供了新的思路，同時(shí)關(guān)注了電極制備成本。更重要的是該項(xiàng)技術(shù)將節(jié)省鋰離子電池充電時(shí)間，提高電動(dòng)汽車充電效率，讓人們將注意力從燃油汽車轉(zhuǎn)移到鋰離子等清潔電動(dòng)汽車上來(lái)，增加鋰離子電動(dòng)汽車購(gòu)買量，助力實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。
(資料來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)、工信部等)
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