為電池“造血” 科創(chuàng)中心讓負(fù)極材料更“鋰”想

隨著全球清潔能源革命的持續(xù)推進(jìn)，鋰離子電池憑借高能量密度、長壽命、無記憶效應(yīng)和低自放電率等優(yōu)勢，需求激增。但鋰離子電池的充電速度、工作溫度、安全性是制約電動汽車進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。

近日，浙大杭州國際科創(chuàng)中心傳化創(chuàng)新研究院李如宏研究員及其所在團(tuán)隊研發(fā)了一款新型電解液，并同步制備了鋰離子軟包電池，可以實(shí)現(xiàn)十分鐘的室溫快充。值得一提的是，就算是漠河零下40℃的極寒天氣下，也能實(shí)現(xiàn)充放自如。

李如宏介紹，“這是我昨晚就放進(jìn)‘冰箱’的一組樣品，這個冰箱里的溫度是零下40℃?？梢钥吹?，傳統(tǒng)的電解液已經(jīng)結(jié)冰，而新型電解液依舊呈現(xiàn)液體狀，沒有任何結(jié)冰的跡象。”

電解液屬于鋰電池的“血液”，對鋰電池的能量密度、比容量、工作溫度范圍、循環(huán)壽命、安全性能等均有重要影響。受電池材料限制，傳統(tǒng)鋰離子電池的工作溫度在0℃-40℃，低于0℃后鋰電池的放電性能就會大幅下降。

李如宏團(tuán)隊開發(fā)了一套新型極端電解液設(shè)計原則，瞄準(zhǔn)23種目標(biāo)材料，開展“配體通道促進(jìn)傳輸”機(jī)制驗(yàn)證，最終確定了電解液的最佳配方。依托新型電解液研發(fā)的鋰離子軟包電池，不僅能支持高比能鋰離子電池在零下70℃到60℃的超寬溫區(qū)內(nèi)進(jìn)行可逆充放電，還可讓高能量密度鋰離子電池在10分鐘內(nèi)完成快速充放電。

未來，該類型的電池有望在極地科考、空間探測、海底勘探等極端溫度情況中應(yīng)用。

新能源汽車擁有快速充電、續(xù)航給力兩大“超能力”，負(fù)極材料被認(rèn)為是“賦能”的關(guān)鍵。

李如宏介紹，如果把動力電池比作蓄水池，那么，“鋰”想的負(fù)極材料就能容納更多的鋰離子，讓水池更深。正因如此，目前，科創(chuàng)中心和傳化集團(tuán)正依托科創(chuàng)—傳化創(chuàng)新研究院聯(lián)合開展鋰電池負(fù)極材料制備工作。

不同于利用針狀焦系、石油焦系制造負(fù)極材料的傳統(tǒng)方法，李如宏團(tuán)隊采用定向包覆技術(shù)，結(jié)合界面結(jié)構(gòu)調(diào)控來大幅提升石墨材料的快速充放電性能。

具體來說，充電過程就如同汽車駛?cè)敫咚俟返摹八淼馈薄Ｈ绻囯x子在傳統(tǒng)人造石墨這條舊高速上行駛，由于其層間距小，很容易在“隧道”口形成擁堵。而鋰離子堆積過多，就會在負(fù)極表面形成“鋰枝晶”，嚴(yán)重影響離子的行駛速度。

目前，團(tuán)隊聚焦開發(fā)質(zhì)地偏硬，具有微孔、微晶層間距適宜的人造石墨，加速鋰離子的嵌入，且不會引起結(jié)構(gòu)顯著膨脹，具有很好的快速充放電性能。

如今，實(shí)驗(yàn)室的不少成果已具備了從實(shí)驗(yàn)室走進(jìn)工業(yè)示范線的必要條件，部分成果已經(jīng)落到了傳化集團(tuán)新安化工股份有限公司的產(chǎn)線上，開啟規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化的探索。