【技術(shù)領(lǐng)域】

新能源

【研究背景】

鋰離子電池的快速充電能力直接影響其在3C電子產(chǎn)品和電動(dòng)汽車等領(lǐng)域的應(yīng)用。電池的快充能力與電極結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。常規(guī)的電極由隨機(jī)堆疊的活性顆粒組成，其內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)隨機(jī)無(wú)序，需要降低電極載量和厚度來(lái)縮短鋰離子在電極中的傳輸距離，從而提升電極的快充性能。然而，這大大降低了活性物質(zhì)在電極整體中的占比（活性材料/（活性材料+非活性材料）），犧牲了電池的整體能量密度。因此，亟需實(shí)現(xiàn)在保持電極高面容量的情況下，提高電池的快充性能，從而滿足3C電子產(chǎn)品和電動(dòng)交通工具對(duì)能量密度和快充性能的綜合需求。

【成果介紹】

本成果提出了一種由大尺度單層顆粒組成的電極結(jié)構(gòu)，該電極具有垂直于集流體的載流子傳輸通道，能夠解決高載量電極所面臨離子傳輸速率慢的問(wèn)題。將紅P負(fù)載到具有垂直排列納米通道（~22nm）的大塊石墨烯基顆粒中（紅P/VAG，~60μm），設(shè)計(jì)了由大尺度單層紅P/VAG顆粒組成的電極。所設(shè)計(jì)的電極能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)鋰離子電池的快速充電和高的能量密度，具有非常廣闊的應(yīng)用前景和巨大的商業(yè)價(jià)值。

【技術(shù)優(yōu)勢(shì)】

（1）該電極在面容量高達(dá)5.6 mAh cm-2（商業(yè)石墨快充極片2倍）時(shí)，能夠使電池10分鐘快充至50%以上容量。

（2）由于適度高于商業(yè)石墨的工作電位，該負(fù)極在快充條件下可以避免具有安全危害性的鋰枝晶的生成。

（3）該電極與商業(yè)正極組裝的軟包電池具有優(yōu)異的循環(huán)性能和高的能量密度（405 Wh kg-1），超過(guò)商業(yè)石墨基快充電池的能量密度。

（4）電池進(jìn)行10分鐘快速充電其能量密度可達(dá)204 Wh kg-1。