新工艺让锂电池快充与寿命双赢 | 科技前线

锂电池性能关系到应用时能否获得更高续航和更快充电。此前研究多聚焦电解液配方革新或电极表面快离子导体层构建，却鲜有关注电池制造和使用工艺潜力的挖掘。

日前，中国科学院物理研究所团队，通过调控电池出厂前的化成速度这一关键参数，在不改变现有锂电池化学体系的前提下，实现了锂电池的快充性能与循环寿命的双重提升。

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“厚薄”之争

当锂电池组装完成进行第一次充电时，负极与电解液发生电化学反应，在负极表面形成固体电解质界面（SEI）膜。SEI膜既能阻止电解液在负极持续还原，又能为锂离子提供到达负极的通道。

长期以来，行业普遍信奉“慢工出细活”准则：通过极低电流缓慢充电，形成一层较厚的SEI层，来强化防护效果。

但是，厚重界面膜却陷入了困境——锂离子传输阻力大，快充性能下降；在快充的大电流冲击下，SEI膜易发生破裂与反复重构，引发容量持续衰减，使得“快充”与“长寿命”成为矛盾体。

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快充密钥

最新的研究打破了此前“慢养膜”的传统认知，证明大电流快速形成的SEI膜性能优于缓慢形成的SEI膜。

研究通过冷冻电子显微镜技术和其他表征方法，揭示了电流密度对电解液分解路径精准调控的机制。

研究发现：在小电流密度下，电解液优先发生单电子还原反应，形成富含有机物的SEI界面相；在大电流密度下，电解液优先发生双电子还原，形成富含无机物的SEI界面相。

随着电流密度升高，生成的无机物数量增多、粒径减小。同时，这些细小的无机颗粒在SEI膜内形成紧密堆叠的均匀结构，为锂离子构建了丰富的晶界传输通道，提高了锂离子在界面上的传输速度，提升了电池的倍率性能。同时，这种致密结构可抑制电解液持续分解，保障后续快速充电过程中SEI膜的动态稳定性。

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工艺优势

基于对SEI膜形成机制的认识，团队提高了石墨电极的快充性能以及广泛应用的“磷酸铁锂||石墨电池”长期循环稳定性。

实验数据显示：快速化成的石墨对锂半电池在大电流5C（对应12分钟充满电）下的容量提高了46%；在软包电池中，快速化成的“磷酸铁锂||石墨电池”，经过1C快充（对应1小时充满电）2000次循环后，容量保持率为82%，高于传统慢速化成电池的容量保持率。

▲经历不同化成速度电池的快充性能（a）和长期循环性能（b）

数据证明，通过优化化成工艺参数，可在不改变电池化学体系的前提下，提升电池的快充性能和循环寿命。这种大电流形成界面膜的技术，可缩短化成周期，提升生产效率，减少生产成本。

上述研究为提升或激发现有锂电池性能提供了新策略，解决了快充与电池寿命之间的矛盾。

▲不同化成速度形成的界面膜的示意图

来源：中国科学院物理研究所

责任编辑：侯茜