中国科大突破锂金属电池超快充电技术

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锂金属电池的超快充电领域取得了重要突破。这一研究首次实现了工业级锂金属软包电池的4 C超快充放电稳定运行，充电100%仅需不到15分钟，充电80%则在10分钟以内完成。这一成果于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，被认为是下一代高能量密度电池体系的理想负极。然而，锂枝晶在快充条件下的生长导致电池内短路，严重限制了其实际应用。目前，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，难以解决在严苛工况下超快充电的技术瓶颈。

创新电解液设计策略

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，打破了界面反应由离子脱溶剂化和固态电解质界相主导的传统认识，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不同的溶剂分子结构，团队发现新型醚类分子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，这与传统溶剂形成的空间错位电子结构存在显著差异。该特性进一步得到单晶衍射分析及多谱学表征结果的证实。

“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。”

突破技术瓶颈的意义

研究人员指出，这种新型电解液在高电流密度下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。这一突破不仅提高了电池的安全性和稳定性，也为未来的电动汽车和便携式电子设备提供了更高效的能源解决方案。

专家认为，这一研究成果为锂金属电池的商业化应用铺平了道路。随着电动汽车市场的快速增长，对高效能量存储技术的需求也在不断增加。中国科大的这一突破有望在全球范围内引发新一轮的技术革新。

未来展望与挑战

尽管取得了显著进展，但锂金属电池的全面商业化仍面临诸多挑战。材料成本、生产工艺的复杂性以及大规模应用中的安全性等问题仍需进一步解决。研究团队表示，将继续致力于优化电池材料和工艺，以推动技术的实际应用。

总之，中国科学技术大学在锂金属电池超快充电领域的突破，为高能量密度电池的未来发展提供了新的可能性。随着技术的不断进步，锂金属电池有望在未来的能源存储市场中占据重要地位。