新方法可实现锂电池超快速充电

目前电动汽车发展迅速，但锂离子电池充电速度慢依然是个问题。为了使电池具有快充能力，长期以来研究人员致力于增强电解液传质（mass transfer）和电极中的电荷传递，尤其是前者。

（图片来源：ACS）

据外媒报道，日本先进科学技术研究所（JAIST）的研究人员展示了一种新方法，利用粘结剂材料来促进锂离子嵌入活性材料，从而实现快速充电。粘结剂材料可以改善脱溶锂离子在固体电解质界面（SEI）和负极材料内的扩散，从而实现高电导率、低阻抗和良好的稳定性。

研究人员Noriyoshi Matsumi和Rajashekar Badam教授表示：“目前的策略是使用生物衍生硼酸锂聚合物作为水性聚电解质粘合剂，从而增强电极内的电荷转移，比如使石墨负极显示出快速充电能力。”

Matsumi教授表示：“该粘合剂材料包括高度可解离的硼酸锂，可以促进锂离子在负极基质中扩散。此外，这种粘结剂可以形成有机硼SEI。与普通电池相比，这类SEI显示出的界面电阻非常低。”

硼化合物（如粘结剂中的四配位硼和富硼SEI）的作用是，通过降低在SEI处锂离子从溶剂鞘中解溶的活化能，帮助锂离子脱溶。此外，在高扩散和低阻抗的情况下，可以降低界面处与电荷转移相关的过电位。JAIST的Anusha Pradhan博士表示：“这是实现超快充电的重要因素之一。

一般情况下，当充电速度超过锂嵌入的速度时，石墨电极上会发生锂电镀。这是一个不受欢迎的过程，会导致电池寿命缩短，并影响快速充电能力。这项研究改善了离子在SEI上和电极内的扩散，限制锂离子的浓差极化，因此石墨上没有出现电镀层。

在这项研究中，研究人员不仅提出了新策略，以实现极高倍率充电电池和降低界面电阻，而且使用了一种从咖啡酸中提取的生物聚合物。咖啡酸是一种植物性有机化合物，是可持续的材料来源。在电池中使用生物资源，有助于减少二氧化碳排放。Matsumi教授表示：“在未来的研究中，这种粘结剂还可以与高倍率充电活性材料相结合，从而实现协同效应，进一步提高性能。”

随着深入研究电池性能，用户可以期待更环保的能源使用方式，特别是在交通领域。Matsumi教授表示：“借助高倍率充电电池技术，人们可以享受电动汽车和便利的移动设备。因为使用可再生资源，可在较长时间内保持产品可用性，而无需考虑化石资源的可用性和社会状况。”