惠廷厄姆是鋰離子電池的“鼻祖”，同時也是諾貝爾化學(xué)獎得主。從鋰的發(fā)現(xiàn)到鋰離子電池問世40余年來，一直困擾業(yè)界的難題是無論何種設(shè)備，首次充電前電池能量容量就已損失約五分之一。惠廷厄姆研究團(tuán)隊(duì)解決了這一難題，新型涂層能夠在一開始就防止這些電池能量容量損失，而且通過鈮(Nb)處理提高了倍率性能，實(shí)現(xiàn)長期循環(huán)穩(wěn)定性，250次循環(huán)后容量保持率達(dá)93%。

1817年，在化學(xué)家約恩斯·雅各布·貝爾塞柳斯實(shí)驗(yàn)室工作的約翰·奧古斯特·阿韋德松分析透鋰長石時檢測到一種新元素的存在。由于是在礦石中發(fā)現(xiàn)了這種新元素，貝爾塞柳斯以希臘語“l(fā)ithos”(石頭)將其命名為“鋰”。

石頭聽起來很重，但鋰是最輕的固體元素。實(shí)際上，瑞典化學(xué)家們并沒有發(fā)現(xiàn)純的金屬鋰，而是以鹽的形式發(fā)現(xiàn)了鋰離子。1821年，威廉·托馬斯·布蘭德通過電解氧化鋰首次分離出元素鋰。

同所有堿金屬一樣，元素鋰具有高度反應(yīng)性，并且遠(yuǎn)離空氣儲存。純鋰是一種非常不穩(wěn)定的元素，必須儲存在石油中，防止它與空氣發(fā)生反應(yīng)。鋰的弱點(diǎn)是它的反應(yīng)性，但這恰恰也是它的優(yōu)勢。

上世紀(jì)七十年代后期，邁克爾·斯坦利·惠廷厄姆首次提出了可充電鋰離子電池的概念，他在研發(fā)首個功能性鋰電池時，利用鋰的巨大驅(qū)動力釋放外層電子。

1980年，約翰·古迪納夫?yàn)殡姵刈⑷肓烁鼜?qiáng)大的潛力。1985年，吉野彰成功地從電池中消除純鋰，采用鋰離子作為材料，比純鋰更安全。

2019年，惠廷厄姆和約翰·班尼斯特·古迪納夫及吉野彰被授予諾貝爾化學(xué)獎，以表彰三人在鋰離子電池領(lǐng)域的杰出貢獻(xiàn)。

然而，縱使是惠廷厄姆也無法預(yù)料到鋰離子電池為全世界便攜式電子設(shè)備提供動力的同時復(fù)雜棘手的材料科學(xué)難題也一直困擾著業(yè)界。

據(jù)寧德時代消息，12月19日上午，慶祝廈門經(jīng)濟(jì)特區(qū)建設(shè)40周年重大項(xiàng)目集中開竣工暨時代新型鋰離子電池項(xiàng)目開工儀式在廈門舉行。

時代新型鋰離子電池項(xiàng)目(一期)位于火炬高新區(qū)同翔高新城洪塘北片區(qū)地塊，總投資70億元，總建筑面積約71萬平方米，擬建設(shè)新型鋰離子電池動力電池生產(chǎn)基地。

廈門市市長黃文輝表示，時代新型鋰離子電池項(xiàng)目的開工建設(shè)，對于加快廈門市產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、推進(jìn)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。廈門將全力支持寧德時代在廈進(jìn)一步做大做強(qiáng)，一如既往地提供優(yōu)質(zhì)高效的服務(wù)保障，營造良好的營商環(huán)境，與寧德時代攜手在廈打造新能源產(chǎn)業(yè)集群高地。

寧德時代聯(lián)合創(chuàng)始人、副董事長李平表示，寧德時代將聚合核心資源和能力，以及全球燈塔工廠建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，力爭將項(xiàng)目打造成為全球領(lǐng)先的綠色工廠、智慧工廠、數(shù)字工廠。同時，寧德時代還將積極為廈門新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展引入上下游產(chǎn)業(yè)鏈資源，不斷提升技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)協(xié)作力度，助力廈門成為我國新能源產(chǎn)業(yè)的重要一極，為廈門市以更高水平建設(shè)高顏值生態(tài)花園之城添磚加瓦，為建設(shè)“清新福建”貢獻(xiàn)力量。

為縮短電動汽車充電時間，科學(xué)家們一直在積極尋找新方案。近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏院士團(tuán)隊(duì)與姚宏斌、倪勇教授團(tuán)隊(duì)合作，致力于解決鋰離子電池高能量密度與快充性能之間的矛盾，提出并制備出一種新型雙梯度石墨負(fù)極材料，實(shí)現(xiàn)了鋰離子電池在6分鐘內(nèi)充電 60%。相關(guān)成果近日發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》。高能量密度與快充性能是一對矛盾，當(dāng)前，鋰離子電池驅(qū)動的電動汽車因其節(jié)能、環(huán)保受到人們青睞。然而，電動汽車的充電時間遠(yuǎn)長于傳統(tǒng)燃油汽車的加油時間，大大降低了使用體驗(yàn)感。

“這主要是因?yàn)殇囯x子電池中石墨負(fù)極較差的倍率性能，限制了電動汽車的快速充電能力?！闭撐墓餐谝蛔髡?、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心特任副研究員盧磊磊向《中國科學(xué)報(bào)》解釋。能量密度、功率密度是評價電池系統(tǒng)的兩個重要參數(shù)。能量密度決定著單位質(zhì)量/體積下可以儲存的能量大小，而功率密度則決定著電池充放的倍率。理想狀態(tài)下，這兩項(xiàng)參數(shù)越高，鋰離子電池性能越好。然而，高能量密度與快充性能是一對矛盾，是一個“此起彼伏”的過程。盧磊磊說，“高能量密度通常意味著電池單體活性物質(zhì)載量比較高，電極比較厚，從而具有較長的鋰離子傳輸路徑，限制充放電倍率。”因此，為提高石墨負(fù)極的倍率性能，傳統(tǒng)的策略通常是將石墨電極做到多孔或變薄。 “但是，這些方法往往就會犧牲所制備電池的能量密度?！北R磊磊坦言。有沒有一種解決方案，能夠?qū)崿F(xiàn)高能量密度與快充性能“魚與熊掌”的兼得?俞書宏團(tuán)隊(duì)決定從設(shè)計(jì)電極結(jié)構(gòu)入手，在保證能量密度的情況下提升鋰離子電池的快充性能。

給石墨顆粒“排隊(duì)”加快充電速度，研究團(tuán)隊(duì)首先構(gòu)建了一種新型粒子級理論模型，用于同時優(yōu)化電極結(jié)構(gòu)中粒度分布和電極孔隙率分布兩個參數(shù)，提高石墨負(fù)極的快充性能。盧磊磊介紹，傳統(tǒng)的二維模型通常簡化顆粒為均質(zhì)球形以及孔隙均勻分布。事實(shí)上，石墨顆粒多是大小不一、形狀不同，通常以相當(dāng)隨機(jī)的順序排列。同時孔的形狀和大小也非均勻分布。

而新型粒子級理論模型是基于真實(shí)的石墨顆粒構(gòu)建出的三維模型，與現(xiàn)實(shí)的電極結(jié)構(gòu)很接近。在粒子級理論模型中，研究人員按照石墨顆粒大小的順序重新“排隊(duì)”，同時調(diào)整電極孔隙率大小分布。具體表現(xiàn)為，越接近電池頂部的石墨顆粒更小，孔隙率更高，越接近底部顆粒更大，孔隙率更低?！拔覀儗⑦@種結(jié)構(gòu)稱之為雙梯度電極?！北R磊磊說，模擬計(jì)算結(jié)果表明，在大電流密度充電條件下，這種新結(jié)構(gòu)相對于傳統(tǒng)的隨機(jī)均質(zhì)電極以及單梯度電極，展現(xiàn)出了優(yōu)異的快充性能。理想的結(jié)構(gòu)模型已找到，接下來就是如何在電極中實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)的電極制備方法中，由于漿料黏度很高，制備的石墨漿料穩(wěn)定，不易發(fā)生沉降。因此制備出的電極，包括石墨顆粒大小和孔隙率大小通常都是均勻分布。盧磊磊說，“就像速溶奶粉，取任何一部分都是均質(zhì)的?！?

如何構(gòu)筑一種“異質(zhì)”結(jié)構(gòu)?研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種低粘度無聚合物粘結(jié)劑漿料自組裝技術(shù)，混合銅包覆的石墨負(fù)極顆粒以及銅納米線于乙醇溶液中制成漿料，利用不同尺寸顆粒石墨在漿料中沉降速度差異性，成功構(gòu)建出模擬計(jì)算優(yōu)化的雙梯度結(jié)構(gòu)，得到電極。