研究发现抑制电池锂镀层新方法，实现电动汽车更快充电

电动汽车（EV）的大规模商业化被视为全球路线图上促进低碳经济和尽量减少全球变暖的关键战略。汽车锂离子电池(LiB)的快速充电能力、续驶里程和安全性是影响电动汽车更广泛市场采用的主要问题。由于工作电位低且平坦、循环稳定性好、电解质相容性好且成本低，石墨负极材料已广泛用作汽车锂电池的负极。然而，石墨阳极容易受到各种降解机制的影响，从而加剧电池老化，特别是在快速充电期间，限制能量和功率性能并损害电池安全。

石墨阳极表面的金属锂沉积（也称为镀锂）是最有害的降解机制之一，它会阻止电动汽车以与内燃机汽车加油相媲美的充电速度，特别是在高能量密度电极中由缓慢的质量传输引起的极化占主导地位。电镀消耗可逆锂，减少阳极孔隙率和反应界面面积、枝晶形成和生长，这会导致内部短路。因此，改进对与电极微结构相关的电镀倾向的机械理解、充电状态(SOC)和充电速度对于先进材料和快速充电协议的设计和优化至关重要。由于跨多个长度尺度的复杂物理和化学过程，这在历史上是具有挑战性的。

由伦敦玛丽女王大学的Xuekun Lu博士领导与来自英国和美国的国际研究团队合作的一项新研究找到了一种防止电动汽车电池镀锂的方法，这一发现将彻底改变电动汽车电池的效率、安全性和寿命。该论文发表在《自然通讯》杂志上。

石墨负极充电过程中的锂浓度分布用颜色表示

Dr. Xuekun Lu解释说，通过优化石墨负极的微观结构可以显着减轻镀锂现象。石墨负极由随机分布的微小颗粒组成，微调颗粒和电极形貌以获得均匀的反应活性并降低局部锂饱和度是抑制锂沉积和提高电池性能的关键。

该研究表明，石墨颗粒的锂化机制在不同条件下会有所不同，具体取决于其表面形态、尺寸、形状和取向。这在很大程度上影响锂的分布和锂沉积的倾向，”Dr. Lu说。“在开创性的3D电池模型的帮助下，我们可以捕获锂电镀的起始时间和地点以及其生长速度。这是一项重大突破，可能会对电动汽车的未来产生重大影响。”

该研究通过加深对快速充电过程中石墨颗粒内锂重新分布物理过程的理解，为开发先进的快速充电协议提供了新的见解。这些知识可以带来高效的充电过程，同时最大限度地降低锂电镀的风险。

除了更快的充电时间外，研究还发现细化石墨电极的微观结构可以提高电池的能量密度。这意味着电动汽车一次充电可以行驶更远的距离。

这些发现是电动汽车电池发展的重大突破。它们可以带来充电速度更快、续航时间更长、更安全的电动汽车，这将使它们成为对消费者更有吸引力的选择。

更多信息:Nature Communications (2023), DOI: 10.1038/s41467-023-40574-6. www.nature.com/articles/s41467-023-40574-6