從電解液的特性著手，鋰離子電池的快充難題有了新突破。2月29日，浙江大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院范修林研究員團(tuán)隊(duì)與國內(nèi)外科研人員合作，在國際期刊《自然》發(fā)表論文。科研團(tuán)隊(duì)設(shè)計出一款新型電解液，能夠支持高比能鋰離子電池在-70℃到60℃的超寬溫區(qū)內(nèi)進(jìn)行可逆地充放電，在室溫下快速充放電。
研究中的鋰離子軟包電池。 科研團(tuán)隊(duì)供圖
鋰離子電池具有高能量密度、長壽命、無記憶效應(yīng)和低自放電率等優(yōu)勢，在新能源汽車領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。但不可否認(rèn)，鋰離子電池的充電速度、工作溫度、安全性依舊制約著新能源汽車進(jìn)一步發(fā)展。
“鋰電池要實(shí)現(xiàn)快充，意味著在整個體系中鋰離子都要實(shí)現(xiàn)快速的遷移。目前普遍認(rèn)為，鋰離子在電解液及電解液—電極界面膜中的遷移為整個過程中的速度控制步驟。界面膜是電解液原位生成的，與電解液的性質(zhì)密切相關(guān)。”范修林介紹。
他解釋，電解液的高離子電導(dǎo)率需要溶劑具備高鋰離子溶劑化能，但生成無機(jī)的界面膜需要溶劑具有低鋰離子溶劑化能，目前的電解液不可能二者兼得。
研究過程中，科研團(tuán)隊(duì)開發(fā)并驗(yàn)證了一套新型極端電解液設(shè)計原則，打破了傳統(tǒng)的鋰離子傳輸模式，從幾萬種溶劑中確定了新型電解液的最佳配方。測試數(shù)據(jù)表明，這種新型電解液的離子電導(dǎo)率在25℃室溫下是商用電解液的4倍，在-70℃時高于商用電解液3個數(shù)量級以上。
“基于新型電解液，我們設(shè)計出了一種4.5伏NMC811||石墨電池。室溫下它充電10分鐘就達(dá)到80%電量，展現(xiàn)出超快的離子傳輸行為。”范修林介紹，用這款新型電解液制備電池，成本還較高，但它可以率先在極地科考、空間探測、海底勘探等極端溫度情況中應(yīng)用。
“目前，我們團(tuán)隊(duì)已與相關(guān)企業(yè)開展合作。隨著技術(shù)迭代，我們對制備新型鋰離子電池，并將其裝配到新能源汽車很有信心。”范修林說。
