双梯度石墨负极6分钟充电60%，突破锂电池充电速度瓶颈！

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探索动力电池的续航业界孜孜不倦，积极寻找新的方式。一方面是通过提升能量密度，使电池单位质量/体积下可储备的能量提高，另一方面则是提升功率密度，让电池充（放）电的倍率加快。

能量密度由电池材料特性决定，功率密度也是由材料的特性决定，即电池可以用多大的电流充电放电，并且这两个量都是会变化的量，会随着电池使用次数、外界环境温度降低而降低。

前段时间，中国科学技术大学俞书宏院士团队与姚宏斌、倪勇教授团队合作，致力于解决锂离子电池高能量密度与快充性能之间的矛盾，并且成功研制出新型的双梯度石墨负极材料，能够让锂电池在6分钟内充电60%，使电动汽车的快充速度和续航里程得到质的飞跃。

前面咱们说到，能量密度和功率密度都影响着电池续航和充电能力，并且数值越大性能越好。不过二者之间一方强则另一方会减弱，高能量密度通常意味着电池单体活性物质载量比较高，电极比较厚，从而具有较长的锂离子传输路径，限制充放电倍率。

为提高石墨负极的倍率性能，传统的策略通常是将石墨电极做薄或是多孔，但是这样一来牺牲了电池的能量密度。

如何能够让高能量密度和高功率密度“鱼与熊掌”兼得？

经研究，该团队从设计电极结构入手，在保证能量密度的情况下提升锂离子电池的快充性能。基于双梯度石墨负极材料制造的锂电池，6分钟即可从0充电至60%，12分钟充电至80%。让电池在保持快充的同时，还能维持高能量密度。

具体来说则是按照石墨颗粒大小的顺序重新“排队”，同时调整电极孔隙率大小分布。越接近电池顶部的石墨颗粒更小，孔隙率更高，越接近底部颗粒更大，孔隙率更低。在大电流充电条件下相较于传统的单梯度石墨负极来说，具有优异的快充性能。这种结构便被称为双梯度石墨负极。

不过双梯度石墨负极的制造方法也与目前传统的石墨负极制造有所不同。传统的石墨负极制备，浆料黏度高、稳定，不易发生沉降。因此制备出的石墨负极颗粒大小和孔隙率大小都是均匀分布。

而双梯度石墨负极由于孔隙大小不一，属于异型结构，研究团队特意开发了一种低粘度浆料技术，混合铜包覆的石墨负极颗粒以及铜纳米线在乙醇溶液中制成浆料，利用不同尺寸颗粒石墨在浆料中沉降速度的差异性，成功构建出双梯度结构，得到双梯度石墨负极。

这项技术将会致力于缩短电动汽车快充至60%、80%的时间，在电量达到80%以后的充电则需要采用涓流充电的方式保护电池。

不过这项技术的商业化还有一定距离，其实验室制法很难实现大规模量产，双梯度结构设计的难点就在于制造过程中，采用物理沉降的方式，难以维持石墨负极的一致性，但是却为电池技术以后的发展提供了新的思路。

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