新型鋰電池在-70℃到60℃環(huán)境下“充放自如”

從電解液的特性著(zhù)手，鋰離子電池的快充難題有了新突破。浙江大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院范修林研究員團隊與國內外科研人員合作，設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℃的超寬溫區內進(jìn)行可逆充放電，在室溫下快速充放電。相關(guān)研究成果2月29日發(fā)表于國際期刊《自然》。

鋰離子電池具有高能量密度、長(cháng)壽命、無(wú)記憶效應和低自放電率等優(yōu)勢，在新能源汽車(chē)領(lǐng)域廣泛應用。但不可否認，鋰離子電池的充電速度、工作溫度、安全性依舊制約著(zhù)新能源汽車(chē)進(jìn)一步發(fā)展。

“鋰離子電池要實(shí)現快充，意味著(zhù)在整個(gè)體系中鋰離子都要實(shí)現快速的遷移。目前業(yè)內普遍認為，鋰離子在電解液及電解液—電極界面膜中的遷移，為整個(gè)過(guò)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。

他進(jìn)一步解釋說(shuō)，電解液的高離子電導率，需要溶劑具備高鋰離子溶劑化能，但生成無(wú)機的界面膜，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。

在此次研究中，科研團隊開(kāi)發(fā)并驗證了一套新型極端電解液設計原則，打破了傳統的鋰離子傳輸模式，從幾萬(wàn)種溶劑中確定了新型電解液的最佳配方。測試數據表明，這種新型電解液的離子電導率，在25℃室溫下是商用電解液的4倍，在-70℃時(shí)高于商用電解液3個(gè)數量級以上。

“基于新型電解液，我們設計出了一種4.5伏NMC811‖石墨電池。室溫下它充電10分鐘就能達到80%電量，展現出超快的離子傳輸行為。”范修林介紹，利用這款新型電解液制備的電池，目前成本較高，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用。

“目前，我們團隊已與相關(guān)企業(yè)開(kāi)展合作。隨著(zhù)技術(shù)迭代，我們對新型鋰離子電池裝配到新能源汽車(chē)充滿(mǎn)信心。”范修林說(shuō)。