中国科大实现锂金属电池超快充电突破

1月26日，大皖新闻记者从中国科学技术大学获悉，该校任晓迪教授团队在实用化高比能锂金属电池的超快充电领域取得了重要突破。研究团队自主研发的新成果，首次在国际上实现了工业级锂金属软包电池（400 Wh kg^-1）的4 C超快充放电稳定运行，能够在不到15分钟内充满100%，不到10分钟内充满80%。这一研究成果于1月23日在线发表在《自然·能源》期刊上，为高能量密度电池在极端工况下的电解液设计提供了全新的分子工程思路。

锂金属因其极高的理论比容量和最低的电极电势，被视为下一代高能量密度电池体系的理想负极。然而，在快充条件下，由于锂枝晶生长导致的电池内短路问题，严重制约了其实际应用。现有的电解液工程通过优化锂负极固体电解质界相或提升锂离子传导的方法，均难以解决严苛工况条件下超快充电的技术瓶颈。

实用化锂金属软包电池的超快充性能

针对上述问题，研究团队深入剖析了超快充条件下锂金属沉积机制，打破了传统界面反应由离子脱溶剂化和固态电解质界相主导的认识，提出了基于溶剂化结构空间电子分布的电解液设计新策略。通过理论计算设计和筛选了不同的溶剂分子结构，发现新型醚类分子MTP的孤对电子轨道与锂离子配位时呈现共平面对齐的独特结构，与传统溶剂形成的空间错位电子结构存在显著差异。

“这种共平面对齐的溶剂化空间电子构型有利于与锂离子的空轨道形成强电子耦合，促进了电极界面反应中电子向锂离子的高效转移。”

相关人员介绍，这一特性进一步得到了单晶衍射分析及多谱学表征结果的证实。因此，在高电流密度下，MTP电解液实现了锂金属的均匀沉积，抑制了不可控的锂枝晶生长，显著延长了超快充锂金属电池的循环寿命。

突破背后的科学原理

锂金属电池的潜力一直受到科学界的关注，但其在快充条件下的安全性和稳定性问题使得大规模应用面临挑战。任晓迪教授团队的研究通过调整分子结构，优化了电解液的电子传导性和离子传导性，为锂金属电池的商业化应用铺平了道路。

专家指出，这一突破不仅在理论上提供了新的思路，也在实际应用中展示了极大的潜力。通过控制电解液的分子结构，研究团队成功地解决了锂枝晶生长的难题，显著提高了电池的充电速度和循环寿命。

未来展望与应用前景

随着电动汽车和便携式电子设备市场的快速增长，对高能量密度电池的需求日益增加。中国科大的这一突破为锂金属电池的广泛应用提供了新的可能性。未来，这一技术有望应用于电动汽车、智能手机等多个领域，推动相关产业的技术进步。

然而，专家也提醒，尽管在实验室条件下取得了显著进展，但要实现大规模商业化应用，还需进一步的研究和测试，以确保技术的可靠性和经济性。

大皖新闻记者 魏鑫鑫 编辑 陶娜