锂电池“充电焦虑症”有望“治愈”

科学导报讯 记者郭亚妮 山西，一座曾经因煤而兴的能源大省，正积极探索无烟煤高效利用新途径。近日，中国科学院山西煤炭化学研究所又传来好消息，由陈成猛研究員带领的709课题组科研团队，聚焦于储能和电子领域的先进炭材料，将常见的无烟煤变身为绿色高端的炭材料，克服了锂电池“充电焦虑”的关键技术瓶颈。

商用锂电池出现后，凭借其续航时间长、使用寿命长和体积小等优势，在电动汽车、储能领域处于主导地位。如今，商用锂电池的续航能力已翻了三倍以上，但高效安全地快速充电仍是难题之一，制约了其在电动汽车领域的大规模应用。原来，商用锂离子电池快充能力的限制因素主要是负极材料。这是因为作为负极材料的石墨结构使得锂离子传输路径变长。在快速充电过程中，锂容易在负极表面析出，造成锂的损失、容量的衰减，其热失控之后的起火、爆炸问题也成为一大安全隐患。

针对这一问题，工业中在负极充电设计时常通过减少石墨微晶结构，增加孔隙率来实现。事实上，无烟煤是煤炭及其衍生产品中最环保的炭，拥有“清洁炭”“洁净炭”美誉。守着个浑身是宝的“金疙瘩”，陈成猛研究员带领709课题组将煤炭通过石墨化转变成符合要求的快充石墨负极材料。

按照这个思路，在山西省科技重大专项等项目支持下，陈成猛研究员带领709课题组以山西、云南等地盛产的无烟煤为原料，突破了高效脱灰、煤炭炭化燃烧/喷料等共性关键技术，完成了煤基快充石墨技术开发，建成了吨级煤基快充负极材料的试验线，获得了低成本高品质煤基快充石墨材料，实现了制造端材料固碳、应用端节能减碳的目标。

目前，该项目经过材料物化性能、加工性能和电化学性能的评测，实现了性能优化，并完成了吨级产品定型和工艺固化，形成了成熟可靠的“材料+应用”解决方案，所开发的样品已在孚能科技等多家锂离子电池企业展开试用评测。此外，该项目还取得了阶段性成果，申请国家专利13项，其中发明专利8项，主持制定国家标准1项。