惠廷厄姆是鋰離子電池的“鼻祖”，同時(shí)也是諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主。從鋰的發(fā)現(xiàn)到鋰離子電池問(wèn)世40余年來(lái)，一直困擾業(yè)界的難題是無(wú)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?；萃⒍蚰费芯繄F(tuán)隊(duì)解決了這一難題，新型涂層能夠在一開(kāi)始就防止這些電池能量容量損失，而且通過(guò)鈮(Nb)處理提高了倍率性能，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)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(zhǎng)石時(shí)檢測(cè)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(yǔ)“l(fā)ithos”(石頭)將其命名為“鋰”。

石頭聽(tīng)起來(lái)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(méi)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(guò)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(chǔ)存。純鋰是一種非常不穩(wěn)定的元素，必須儲(chǔ)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(shì)。

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(gè)功能性鋰電池時(shí)，利用鋰的巨大驅(qū)動(dòng)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(jiǎng)，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(wú)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(dòng)力的同時(shí)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(shí)代消息，12月19日上午，慶祝廈門(mén)經(jīng)濟(jì)特區(qū)建設(shè)40周年重大項(xiàng)目集中開(kāi)竣工暨時(shí)代新型鋰離子電池項(xiàng)目開(kāi)工儀式在廈門(mén)舉行。

時(shí)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(wàn)平方米，擬建設(shè)新型鋰離子電池動(dòng)力電池生產(chǎn)基地。

廈門(mén)市市長(zhǎng)黃文輝表示，時(shí)代新型鋰離子電池項(xiàng)目的開(kāi)工建設(shè)，對(duì)于加快廈門(mén)市產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、推進(jìn)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。廈門(mén)將全力支持寧德時(shí)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(yíng)造良好的營(yíng)商環(huán)境，與寧德時(shí)代攜手在廈打造新能源產(chǎn)業(yè)集群高地。

寧德時(shí)代聯(lián)合創(chuàng)始人、副董事長(zhǎng)李平表示，寧德時(shí)代將聚合核心資源和能力，以及全球燈塔工廠(chǎng)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，力爭(zhēng)將項(xiàng)目打造成為全球領(lǐng)先的綠色工廠(chǎng)、智慧工廠(chǎng)、數(shù)字工廠(chǎng)。同時(shí)，寧德時(shí)代還將積極為廈門(mén)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(mén)成為我國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)的重要一極，為廈門(mén)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(dòng)汽車(chē)充電時(shí)間，科學(xué)家們一直在積極尋找新方案。近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書(shū)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(duì)矛盾，當(dāng)前，鋰離子電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車(chē)因其節(jié)能、環(huán)保受到人們青睞。然而，電動(dòng)汽車(chē)的充電時(shí)間遠(yuǎn)長(zhǎng)于傳統(tǒng)燃油汽車(chē)的加油時(shí)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(dòng)汽車(chē)的快速充電能力?！闭撐墓餐谝蛔髡?、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心特任副研究員盧磊磊向《中國(guó)科學(xué)報(bào)》解釋。能量密度、功率密度是評(píng)價(jià)電池系統(tǒng)的兩個(gè)重要參數(shù)。能量密度決定著單位質(zhì)量/體積下可以?xún)?chǔ)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(duì)矛盾，是一個(gè)“此起彼伏”的過(guò)程。盧磊磊說(shuō)，“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(zhǎng)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(huì)犧牲所制備電池的能量密度?！北R磊磊坦言。有沒(méi)有一種解決方案，能夠?qū)崿F(xiàn)高能量密度與快充性能“魚(yú)與熊掌”的兼得?俞書(shū)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?！芭抨?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(jí)理論模型，用于同時(shí)優(yōu)化電極結(jié)構(gòu)中粒度分布和電極孔隙率分布兩個(gè)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(jiǎn)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(shí)孔的形狀和大小也非均勻分布。

而新型粒子級(jí)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(jí)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(shí)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(chēng)之為雙梯度電極?！北R磊磊說(shuō)，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(duì)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(lái)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(shuō)，“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(kāi)發(fā)了一種低粘度無(wú)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(xiàn)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。