配资炒股平台发现近日锂价格上涨不断，其中中国科技大学院士余书红与姚宏斌、倪勇教授合作，解决锂离子电池高能密度与快速充电性能的矛盾，提出并制备了一种新型双梯度石墨负极材料，使锂离子电池在6分钟内充电60%，同时对于科学进步的相关成果也做出了表示，那么后续新材料锂电池会继续被看好吗？
锂电池行业发展壮大的原因
（1）由于动力锂电池行业本身对企业技术、资金壁垒要求更高，大企业产线规模效应更为明显，设备企业订单日益向大企业集中，锂电设备企业明显感受到订单增长已经由过去锂电池企业数量增长转变为大客户采购集中度上升。
（2）锂电池行业发展壮大的背后是锂电设备行业的鼎力支持，锂电设备行业也在锂电池第一次产能扩张时期抓住时机实现了国产替代，在第二次产能扩张周期走出国门赢得海外订单。
锂电设备企业需要将锂电池制造的工艺细节、工艺参数融入到设备的设计和制造中，以此确保锂电池制造精度。由此研制的全自动化的锂电池生产设备可在实现锂电池生产工艺的基础上，使制造的锂电池具有较好的一致性，从而保证锂电池具有较高的安全性。
高能量密度与快速充电性能相矛盾。
目前，锂离子电池驱动的电动汽车因其节能环保而受到人们的青睐。然而，电动汽车油汽车相比，电动汽车的充电时间更长，大大降低了使用体验。这主要是因为锂离子电池中石墨负极的倍率性能较差，限制了电动汽车的快速充电能力。中国科技大学国家研究中心副研究员雷磊向《中国科学日报》解释。
能量密度和功率密度是评价电池系统的两个重要参数。能量密度决定了单位质量/体积下可以储存的能量，而功率密度决定了电池充放电的倍率。理想情况下，这两个参数越高，锂离子电池的性能越好。然而，高能量密度和快速充电性能是一对一的矛盾。
大能量密度通常意味着电池单体活性物质的负荷相对较高，电极相对较厚，因此锂离子传输路径较长，充放电率有限。因此，传统的策略是使石墨电极多孔或变薄，从而提高石墨负极的倍率性能。然而，这些方法往往会牺牲电池的能量密度。鱼和熊掌的高能密度和快速充电性能有解决方案吗？余书红的团队决定从电极结构的设计入手，提高锂离子电池的快速充电性能，保证能量密度。
排队加快石墨颗粒的充电速度
为了提高石墨负极的快速充电性能，研究小组首先在结构中建立了粒度分布和电极孔隙率分布，从而提高了石墨负极的快速充电性能。
传统的二维模型通常将粒子简化为均匀的球形和均匀的孔隙分布。事实上，大多数石墨粒子的大小和形状都不一样，通常是按顺序排列的。同时，孔的形状和大小分布不均匀。
新的粒子级理论模型是基于真实石墨颗粒的三维模型，非常接近真实的电极结构。
在粒子级理论模型中，研究人员根据石墨颗粒的大小排队，调整电极孔隙率的分布。具体来说，石墨颗粒离电池顶部越近，孔隙率越高，离底部颗粒越近，孔隙率越低。我们称这种结构为双梯度电极。陆磊表示，模拟计算结果表明，与传统的随机均质电极和单梯度电极相比，这种新型结构在大电流密度充电条件下具有优异的快速充电性能。
下一步该如何在电极中实现
在传统的电极制备方法中，由于浆料粘度高，制备的石墨浆料稳定，不易沉降。因此，制备的电极，包括石墨颗粒大小和孔隙率，通常分布均匀。陆磊说：就像速溶奶粉一样，任何部分都是均匀的。
如何构建异质结构？研究小组开发了一种自组装技术，用于低粘度无聚合物粘合浆料。浆料由混合铜覆盖的石墨负极颗粒和乙醇溶液中的铜纳米线制成，成功构建了模拟计算优化的双梯度结构，利用浆料中不同尺寸石墨沉降速度的差异获得电极。
同时也有的研究人员发现，基于这种新型双梯度石墨负极材料的锂离子电池在保持高能量密度的同时，从5.6分钟到11.4分钟从零充电到60%和80%。
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德邦国际2022-09-05
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