鋰電池“充電焦慮癥”有望“治愈”

科學導報訊 記者郭亞妮 山西，一座曾經因煤而興的能源大省，正積極探索無煙煤高效利用新途徑。近日，中國科學院山西煤炭化學研究所又傳來好消息，由陳成猛研究員帶領的709課題組科研團隊，聚焦于儲能和電子領域的先進炭材料，將常見的無煙煤變身為綠色高端的炭材料，克服了鋰電池“充電焦慮”的關鍵技術瓶頸。

商用鋰電池出現后，憑借其續航時間長、使用壽命長和體積小等優勢，在電動汽車、儲能領域處于主導地位。如今，商用鋰電池的續航能力已翻了三倍以上，但高效安全地快速充電仍是難題之一，制約了其在電動汽車領域的大規模應用。原來，商用鋰離子電池快充能力的限制因素主要是負極材料。這是因為作為負極材料的石墨結構使得鋰離子傳輸路徑變長。在快速充電過程中，鋰容易在負極表面析出，造成鋰的損失、容量的衰減，其熱失控之后的起火、爆炸問題也成為一大安全隱患。

針對這一問題，工業中在負極充電設計時常通過減少石墨微晶結構，增加孔隙率來實現。事實上，無煙煤是煤炭及其衍生產品中最環保的炭，擁有“清潔炭”“潔凈炭”美譽。守著個渾身是寶的“金疙瘩”，陳成猛研究員帶領709課題組將煤炭通過石墨化轉變成符合要求的快充石墨負極材料。

按照這個思路，在山西省科技重大專項等項目支持下，陳成猛研究員帶領709課題組以山西、云南等地盛產的無煙煤為原料，突破了高效脫灰、煤炭炭化燃燒/噴料等共性關鍵技術，完成了煤基快充石墨技術開發，建成了噸級煤基快充負極材料的試驗線，獲得了低成本高品質煤基快充石墨材料，實現了制造端材料固碳、應用端節能減碳的目標。

目前，該項目經過材料物化性能、加工性能和電化學性能的評測，實現了性能優化，并完成了噸級產品定型和工藝固化，形成了成熟可靠的“材料+應用”解決方案，所開發的樣品已在孚能科技等多家鋰離子電池企業展開試用評測。此外，該項目還取得了階段性成果，申請國家專利13項，其中發明專利8項，主持制定國家標準1項。