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新型鋰電池在-70℃到60℃環(huán)境下“充放自如”

科技日報發(fā)布時間:2024-03-04 09:26:56

  從電解液的特性著手,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(tuán)隊與國內(nèi)外科研人員合作,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。

  “鋰離子電池要實(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。目前業(yè)內(nèi)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。

  他進(jìn)一步解釋說,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。

  在此次研究中,科研團(tuán)隊開發(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分鐘就能達(dá)到80%電量,展現(xiàn)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(yīng)用。

  “目前,我們團(tuán)隊已與相關(guān)企業(yè)開展合作。隨著技術(shù)迭代,我們對新型鋰離子電池裝配到新能源汽車充滿信心。”范修林說。




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