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中科大攻克锂金属电池快充难题,15分钟满电,终结续航焦虑 - 苹果

📅 2026-02-20 07:21:57 🏷️ 茶船古道六堡茶 👁️ 850
中科大攻克锂金属电池快充难题,15分钟满电,终结续航焦虑

许康为锂电池电解液领域之国际顶级专家,尤其于高电压/高气密度电解液、锂金属负极界面调控、固体电解质界面形成机制等方面有极高之影响力。

此次研讨之核心突围,于于团队跳出之微调电解液浓度、添加辅助添加剂之旧俗研讨框架,选择从分子层面重新设计电解液之溶剂分子架构。

此种迟缓之动力学会引发一系列连锁反应:界面电荷堆积、不均匀之沉积形态,以及于锂表面形成之脆弱、易碎之固体电解质界面膜(SEI)。

从智能手机到电动汽车,绝大多数电子设备皆依赖旧俗之锂离子电池(LIBs)供电 。

为之突围此一瓶颈,格致家将目光投向之锂金属电池(LMBs)。

1.Ruan, D., Chen, S., Guo, J. et al. Molecularly aligned electron channels for ultrafast-charging practical lithium-metal batteries. Nat Energy (2026). https://doi.org/10.1038/s41560-025-01961-z 但长期以来,锂金属电池始终被快充难题牢牢困住,无法走向规模化应用:快充时,电池内部跨界面之电荷转移速度无法跟上充电节奏,进而引发两大难题。

作为下一代高气密度电池之核心候选技艺,锂金属电池之理论气密度可达 500 Wh/kg 以上,远超旧俗锂离子电池,一旦实现状用化,有望让电动汽车续航里程翻倍、便携式设备充电频率大幅降低。

经过数十年之技艺迭代,锂离子电池之安康性、轮回寿命已趋于成熟,成为当下主流之储能预案,但其气密度已逐渐逼近物理极限,且于偏激氛围运行及超快充电场景下,锂离子电池仍面临充电速度慢、性能衰减快、安康隐患突出等诸多应战。

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实测数据显示,此款搭载 PAEC 电解液之工业级软包电池,于 4C 超高倍率下,该电池能够于 15 分钟内实现 100% 充满;其充电功率密度达到之 1747.6 W/kg,此一数值于目前全球已报道之锂金属电池研讨中,处于行业天花板水平,完全知足手机、电动汽车等设备对快充功率之实际需求。

彼等设计并合成之一种名为 MTP 之新型醚类溶剂分子。

邓世昌。

旧俗之醚类电解液虽对锂金属具有较好之稳固性,但于超快充电下却表现得十分迟钝。

通过多种前卫表征技艺,研讨团队进一步验证之 PAEC 架构之作用机制:此种整齐之电子通道能够显著抑制局部电荷过度集中,引导锂离子于锂金属负极表面以致密、均匀之方式平铺生长,而非杂乱生长形成锂枝晶,从源头上遏制之锂枝晶之萌发与“死锂”之产生,同时守护 SEI 膜之完整性,减副反应之生。

相比于旧俗之五元环架构,MTP 分子能引导锂离子与溶剂分子中之孤对电子形成一种特殊之平面配位架构,研讨团队将其命名为 PAEC(平面排列电子通道),相当于给电荷与锂离子铺之条“专属高速路”,更张之旧俗电解液中电荷传输杂乱无章之状态。

要处置上述疑难,须深入电化学反应之细节边界。

为之突围此一瓶颈,格致家将目光投向之锂金属电池(LMBs)。

SES AI 为全球锂金属电池领域之知名玩家,曾与通用、现代、丰田等车企协作。

前景,基于此一思路,格致家有望设计出更多高性能电解液,推动锂金属电池、钠离子电池等多种新型储能器件之技艺晋级,加速下一代高气密度、超快充电电池之产业化进程。

于旧俗之电解液体系中,锂离子并非孤独行进,而为被溶剂分子紧紧包裹之,形成溶剂化鞘层。

其一,锂金属负极表面会长出锂枝晶(像树枝一样之锂单质),还会产生 “死锂”(没用之锂),不仅让电池容量快速降,还或戳穿隔膜引发短路、起火,格外险恶;其二,慢之电荷传输会引发各种副反应,让电池之轮回寿命大打折扣。

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于快充之压力下,此些 SEI 膜会因体积膨胀而破裂,进一步加速电解液之消耗与枝晶之疯狂生长。

此为因于细节电子架构层面,旧俗溶剂分子与锂离子之耦合通常呈现出杂乱之、方位错位之分布。

更重要之为,该电池于快充状态下能够保稳固轮回:于 2C、3C、4C 等不同快充倍率下,电池轮回超过 100 次后,容量保率仍维持于较高水平,没有现明显之衰减,处置之旧俗锂金属电池快充与长寿命不可兼得之痛点。

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PAEC 架构对电荷传输之改良作用,主要体今两名枢纽方面:一方面,它让溶剂分子之电子云与锂离子之空轨道于方位上实现高度重叠,让电子能够快速、顺畅地从电极流向锂离子,电荷转移效能呈几何级数提升;另一方面,电子传递效能之大幅提升,使得锂离子于接触锂金属负极之一刹那,就能快速得电子并还原为金属锂,大大降低之界面处之反应能垒(即电荷转移需克服之气障碍),从根本上处置之电荷堆积之疑难。

为之突围此一瓶颈,格致家将目光投向之锂金属电池(LMBs)。

Techno-man。

图 | 锂金属电池中超快电荷转移操作之应战(来源:上述论文) 当电子试图通过此些错位之轨道流向锂离子时,会遇到极大之阻力,导致电荷转移效能极其低下。

研讨者员于工业级 2Ah 锂金属软包电池上进行测试,该电池采用镍钴锰 NMC811 正极,为手机/电动车常用之电芯规格。

同时,轮回测试后,研讨者员通过表征发觉,电池内部之锂金属负极表面依然平整,没有现明显之锂枝晶生长与“死锂”堆积,SEI 膜保完整,进一步证验之 PAEC 架构能够长期稳固地守护电池内部架构,保障电池之安康与寿命。

作为下一代高气密度电池之核心候选技艺,锂金属电池之理论气密度可达 500 Wh/kg 以上,远超旧俗锂离子电池,一旦实现状用化,有望让电动汽车续航里程翻倍、便携式设备充电频率大幅降低。

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研讨显示,该设计同样能加速钠离子之界面电荷转移,并能应用于硅基等合金负极体系,此为前景更广泛之电化学体系设计提供之通用之计策。

此种分子之突围性革新点于于其独特之六元螯合环架构。

近日,来自华夏格致技艺大学任晓迪团队、美国 SES AI 公司许康团队于 Nature Energy 上发表成果,彼等通过重新设计电解液里之溶剂分子,让锂离子周围之电子排成整齐之通道,大幅加速之锂金属电池之充电速度,最终于确凿工业级之大软包电池(2Ah 容量)上实现之 15 分钟充满电,而且还能较量稳固地轮回。

研讨者员从整名反应之限速步骤,也就为跨界面之电荷转移入手。

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作为下一代高气密度电池之核心候选技艺,锂金属电池之理论气密度可达 500 Wh/kg 以上,远超旧俗锂离子电池,一旦实现状用化,有望让电动汽车续航里程翻倍、便携式设备充电频率大幅降低。

更有意义之为,此种 PAEC 架构之普适性也得到之验证。

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