由曲率诱导的可逆锂沉积行为使得锂离子电池具备极快的充电速度和出色的续航能力

《ACS Nano》：Curvature-Induced Reversible Li Plating Behavior Enables Extremely Fast-Charging and Long-Lasting Li-Ion Batteries

锂离子电池快充技术中的锂沉积问题通过高曲率多孔结构调控解决。研究设计出基于 Konjac葡甘露聚糖的多孔硬碳电极（KPHC），其高曲率内部孔隙作为锂沉积优先形核位点，有限元模拟和多层次表征证实高曲率降低形核势垒、细化临界半径、限制锂枝晶生长，使KPHC电极在1C倍率下循环200次保持99.9%可逆性。组装成组电芯在0.8C/N比苛刻条件下，5C倍率时SOC达74.2%，2310次循环后容量保持80%。

　　

锂离子电池（LIBs）有限的快速充电能力是一个重大挑战，阻碍了电动汽车的广泛普及。实现快速充电锂离子电池的关键步骤是有效抑制锂的沉积。尽管多孔碳材料已被有效用于应对这一挑战，但传统方法主要利用孔结构作为辅助存储空间和离子传输通道。在此基础上，本研究提出了一种“曲率诱导锂沉积”的新机制，通过设计一种基于Konjac葡甘露聚糖的多孔硬碳（KPHC）阳极来实现这一目标。该阳极具有高曲率的孔内部结构，可作为优先的成核位点，从而引导锂的均匀沉积。通过有限元模拟和多尺度表征，研究建立了以下机制：高曲率 → 低成核势垒 → 小临界半径 → 空间限制生长 → 高可逆性沉积。这使得KPHC阳极在1 C电流下经过200次循环后仍能保持99.9%的优异平均锂沉积可逆性。为了明确证实性能提升源于优化的沉积过程，我们在恶劣条件下（N/P比为0.8）组装了电池组。即使在锂沉积贡献了大部分容量的情况下，基于KPHC的电池在5 C电流下仍能达到74.2%的高充电状态（SOC），并在2310次循环后仍保持80%的容量保持率。这项研究阐明了曲率在锂成核中的作用以及层次化多孔结构对锂沉积的影响，为开发先进的快速充电锂离子电池提供了通用设计原则。