“冬季也能快速充电”……兼顾充电速度与容量的新型有机负极问世

Published 19 Feb.2025 08:39(KST)

Updated 01 Aug.2025 08:15(KST)

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UNIST与KIST开发高结晶性锂离子电池有机负极材料

凭借高结晶性电化学性能出色……发表于ACS Nano

一种能够提升容量和价格竞争力、突破高速充电电池负极材料既有局限的有机负极材料已经被开发出来。

UNIST能源化学工程系Kang Seokju教授团队与韩国科学技术研究院（KIST）An Seokhoon博士团队共同开发出了用于锂离子电池的高结晶性有机负极材料。

Kang Seokju，UNIST教授。

冬季电动汽车电池的充电速度会变慢，这是因为电池负极内部锂离子的扩散速度降低所致。

因此，在电动公交车等对快速充电要求较高的领域，会使用以LTO材料替代石墨作为负极材料的电池。但LTO的容量仅为石墨的一半左右，而且价格更高，存在这些问题。

研究团队开发出了最大容量比LTO材料高出1.5倍的高结晶性有机负极材料“Cl-cHBC”。有机材料虽然价格低廉且质量轻，但结晶性较差，需要通过高温后处理来提高结晶性。

研究团队通过反溶剂结晶工艺，成功合成了即使在低温下也能表现出高结晶性的有机负极材料。反溶剂结晶（Anti-solvent Crystallization）是一种向体系中额外加入溶解度较低的溶剂以促使溶质结晶的工艺方式。

此次开发的高结晶性负极材料具有快速的锂离子扩散速度和较高的电导率。随着体现微观结构有序程度的结晶性提高，离子与电子迁移的路径会变得更加笔直，从而获得类似效果。得益于此，不仅可以实现快速充电，输出性能也得到了提升。结晶性越高，寿命也越长。

不同制备方法获得的有机负极材料结晶性对比。（为说明采用反溶剂结晶技术制备的 Cl-cHBC 在结晶性方面的差异而进行的电子显微镜分析）

在与多种正极材料组合制成电池时，该材料也展现出稳定的性能。特别是与LFP正极材料结合时，表现出较高的放电电压（3.0V），这一性能比采用LTO负极材料时提升了约67%。进口电动汽车中主要使用的LFP正极材料电池虽然在价格竞争力方面表现突出，但放电电压，即输出功率偏低，是其一大缺点。

联合研究团队表示：“该材料无需高温后处理工艺，即可在低温条件下完成合成，若实现商业化，将能进一步获得价格竞争力”，“由于其质量轻、输出高的特性，预计不仅可用于电动汽车，还可在无人机等领域获得应用”。

本次研究中，UNIST能源化学工程系研究员Ha Jiho作为第一作者参与了相关工作。

Ha Jiho UNIST 研究员（第一作者）。

研究成果已于上月21日发表在能源材料领域的国际权威学术期刊《ACS Nano》上。研究的开展得到了韩国研究财团（NRF）、韩国科学技术研究院（KIST）以及科学技术事业化振兴院（COMPA）的资助。

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。