記者3日從中國科學技術(shù)大學獲悉，該校俞書宏院士團隊與合作者開發(fā)了一種無聚合物—粘結(jié)劑的漿液制備石墨負極的路線，可以普適地在石墨負極中構(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《科學進展》上。

電動汽車的快速充電能力受限于鋰離子電池中石墨負極高的濃差極化效應和低的平衡電位。這項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)設計，實現(xiàn)了石墨負極快充性能提升。

研究團隊首先采用顆粒級尺度的理論模型，通過迭代設計方法仿真對石墨負極電極結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，同時對顆粒大小和電極孔隙度的雙重分布進行了優(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)，基于該石墨負極所制備的鋰離子全電池展現(xiàn)出與實驗模型相同的優(yōu)異快充性能。