快充技術(shù)目前有報(bào)道采用 4.0 C~ 6.0 C 的充電電流，能實(shí)現(xiàn) 15 分鐘內(nèi)充滿 100%的電量[1]。按照美國(guó)高級(jí)電池聯(lián)盟的說(shuō)法，快充的長(zhǎng)期目標(biāo)是 15 分鐘內(nèi)充入 40%的電量[2]。

實(shí)現(xiàn)鋰離子電池快充，其技術(shù)關(guān)鍵在于：(1)電池可以接受較大的充電電流，這就要求電池本身極化電阻足夠小；(2)電池接受大電流充電后，電池仍能保證壽命和安全性，這就要求電 池材料足夠穩(wěn)定。

快充型鋰離子電池的制備技術(shù)

國(guó)內(nèi)外于 20 世紀(jì) 90 年代初就開(kāi)始了對(duì)鋰離子電池的基礎(chǔ)研究[3-4]，至今已取得重大進(jìn)展。近幾年，為了提高電子設(shè)備的續(xù)航能力，業(yè)界提出了鋰離子電池快速充電的概念。鋰離子電池快充關(guān)鍵在于負(fù)極[5-6]，目前比較成熟的負(fù)極是石墨或者含碳 /石墨作為緩沖的合金，然而由于充電時(shí)的極化作用，鋰離子在小于 0 V vs. Li+/Li 時(shí)會(huì)在負(fù)極表面沉積，即通常所說(shuō)的析鋰。理論上，相同設(shè)計(jì)的電池，充電電流越大，產(chǎn)生的極化越大，析鋰就越嚴(yán)重(圖 1)。析鋰后，不僅電池的可逆容量受到影響，而且還會(huì)帶來(lái)安全隱患。所以鋰離子電池根據(jù)其不同設(shè) 計(jì)，會(huì)限制充電電流上限。

目前，快充型鋰離子電池的制備技術(shù)主要包括降低正極 極化、降低負(fù)極極化、提高電解液離子導(dǎo)電率、提高隔離膜離 子導(dǎo)電率等幾個(gè)方面。

降低正極極化

Chi-KyunPark等人采用 19.2mg/cm2涂布質(zhì)量的 LiCoO2

正極，進(jìn)行了 29.0、34.5、40.0、46.0和 51.5 mm不同極板厚度

 

4.5

*個(gè)數(shù)量級(jí)。然而，電池活化之后，正極極板的電導(dǎo)率隨著電解液

(a)45 ?

"9/(mAh•g?)

LiNTf/G$    $Ø   f¾$

Toshiki Nokami 等人通過(guò)密度泛函理論計(jì)算，設(shè)計(jì)出了有機(jī)芘 -4, 5, 9, 10- 四酮接枝 PMMA(Polymer-Bound Pyrene-4,

5,9,10-tetraone，PPYT)鋰離子電池正極材料。該材料可作為優(yōu)秀的正極骨架結(jié)構(gòu)(圖3)，并具有卓越的快速充放電能力(圖 4)，在以金屬鋰作負(fù)極，LiN(SO2CF3)2/四乙二醇二甲醚 (LiNTf2/G4)作離子液體電解液體系中，其 30 C 下的放電容量與 1 C 相比可高達(dá) 90%。此外，該正極材料在全電池中表現(xiàn)出優(yōu)秀的充放電性能，其0.2C的克比容量為231mAh/g，45℃下 1 C 充電 1 C 放電的 500 次循環(huán)后剩余容量為 83%[8]。

降低負(fù)極極化

國(guó)內(nèi)微宏動(dòng)力 2015年 1月發(fā)布了第二代快充電池，該電

池采用多孔復(fù)合碳作負(fù)極材料，其比表面達(dá)到傳統(tǒng)石墨的 20

倍以上，該單體電池在 6C充放電下的常溫循環(huán)壽命仍超過(guò)

10 000 次，成組后可滿足 4 C 的充電倍率，這意味著電池組能

夠在 15 分鐘內(nèi)充滿電。該電池實(shí)用性還有待市場(chǎng)的檢驗(yàn)[9]。

SeanM.等人采用 PbTe作負(fù)極活性物質(zhì)，配合 20%羧甲基纖維素鈉的粘結(jié)劑和 20% SuperP的導(dǎo)電劑，涂布在銅箔上構(gòu)成鋰電池的負(fù)極，采用鋰箔作對(duì)電極，采用 1mol/LLiPF6(溶劑 wFEC∶wDEC=1∶1)作電解液，構(gòu)成鋰離子電池。通過(guò)測(cè)試，負(fù)極電位在 0.01~0.70V(vs. Li/Li+)時(shí)形成 LiPb合金，負(fù)極電位在 0.80~2.50V(vs. Li/Li+)時(shí)形成 Li2Te合金，當(dāng) Li2Te存在時(shí)， 會(huì)產(chǎn)生類似超導(dǎo)效應(yīng)而降低大電流充放電產(chǎn)生的過(guò)電位，加快鋰離子的擴(kuò)散速度[10]。

Shi. H.等人分別采用石墨和焦炭作負(fù)極，錳酸鋰作正極制作了鋰離子電池，發(fā)現(xiàn)焦炭負(fù)極具有更好的快充電性能，推測(cè)這可能與石墨的鋰嵌入機(jī)制有關(guān)。Newman 等人通過(guò)數(shù)學(xué)模擬模型探索了充放電過(guò)程中鋰離子在負(fù)極的分布變化，進(jìn)一步驗(yàn)證了焦炭作負(fù)極具有大倍率下快速分配鋰離子的超能力[11]。

Long Chen 等人采用二維多孔石墨碳納米片作鋰離子電池的負(fù)極活性材料，以金屬鋰作對(duì)電極，采用 1 mol/L LiPF6(溶劑DMC∶EC∶EMC=1∶1∶1，體積比)作電解液，構(gòu)成扣式鋰離子電池。該電池在100mA/g的電流密度下，100次循環(huán)后可逆比容量仍高達(dá)722mAh/g，該材料展現(xiàn)出優(yōu)秀的高倍率能力 (1 C、10 C、20 C、30 C 的倍率下克比容量發(fā)揮分別是 535、380、200、115mAh/g，1C=372mA/g)，此外，在30C的大倍率下的 570 次循環(huán)后，剩余比容量仍能達(dá)到 112 mAh/g[12]。