​吉森大学&以色列理工AEM: 锂离子电池的快充材料综述

快速充电被认为是电动汽车在经济上取得广泛成功的关键要求。当前的锂离子电池 (LIB) 具有高能量密度，可实现足够的行驶里程，但与传统车辆相比，充电时间要长得多。所应用的正极、负极和电解质材料的多种特性会影响电池的快速充电能力。

在此，以色列理工学院Yair Ein-Eli和德国吉森大学Jürgen Janek等人撰写综述从物理化学和材料的角度关注了阻碍当今LIB快速充电的问题。在这篇综述中，作者详细考虑了不同材料组合的物理化学基础，将锂在电极内的传输确定为快速充电的关键限速步骤。

锂在活性材料中的扩散本身会减慢充电过程并导致高过电位。此外，多孔电极电解质相内锂离子缓慢传输导致的浓差极化也限制了充电速率。两种动力学效应都是在石墨负极上观察到的锂电镀的原因。

图1. 从材料到电池级别的与快充能力相关的参数概述

此外，作者从LIB内的电位和浓度分布得出的结论得到了对负极、正极和电解质材料（包括固态电池）的广泛文献调研的补充。作者分析了典型LIB材料的优缺点，从而为快速充电应用的材料和电极级别的最佳性能提出了建议。

最后，还简要讨论了电池器件级别的限制，在更高温度下运行确实需要在电池级别上进行更复杂的设计，实现最佳散热以减少退化并延长电池寿命。作者希望这篇评论将在这个关键领域引发新的令人兴奋的研究，可能会导致未来电动汽车的广泛应用。

图2. 从材料到电池水平的快速充电能力的一般趋势

Fast Charging of Lithium-Ion Batteries: A Review of Materials Aspects, Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202101126