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低温对电动汽车 （EV） 电池性能的不利影响是众所周知的。当前的电动汽车电池通过液体电解质在电极之间来回移动锂离子来存储和释放电力。低温会减慢离子的这种运动，从而降低电池电量和充电速率。

然而，一种新技术提供了一种有前途的替代方案，可以有效解决这些限制。

过去，为了延长续航里程，汽车制造商增加了电池中使用的电极的厚度。但这些解决方案只会让事情变得更糟，因为进一步限制了快速充电能力，并在给定的电池重量下提供更少的功率。

实现可以在更短的时间内充电的高能量密度锂离子电池将加速公众对电动汽车的接受度。“即使对于积极的快速充电，为电动汽车电池充电也需要 30 到 40 分钟，而在冬天，这个时间会增加到一个多小时。这是我们想要解决的痛点，“密歇根大学机械工程和材料科学副教授、发表在《焦耳》杂志上的研究的作者尼尔·达斯古普塔 （Neil Dasgupta） 说。

开辟电池电极制造新道路

据说一种制造电池电极的新策略可以在低至 -10°C 的温度下在 10 分钟内充电。 该战略采用了由密歇根大学科学家开发的改进的电动汽车电池制造工艺，可以在寒冷天气下实现高电池供电续航里程和快速充电。

该研究改变了电池的结构并调整了充电过程中发生的化学反应。这些改性可以对抗寒冷天气引起的电解质液体变稠，从而减慢锂离子的运动并延长充电时间。

“我们设想电动汽车电池制造商可以在不对现有工厂进行重大改变的情况下采用这种方法，”Dasgupta 说。

Dasgupta 教授和他的团队开发了一种策略，利用固体电解质 （Li3BO3-Li 2CO3） 的原子层沉积，将 3D 电极结构与人工固体电解质界面 （SEI） 集成在一起。这些改性增强了低温和快速充电下的质质传输和界面动力学，增加了厚电极的可访问容量（>3 mAh/cm2）。

快速充电 100 次后保持容量

该团队展示的结构和涂层防止了在电池电极上形成阻碍性能的锂电镀层。因此，经过这些修改的电池即使在非常冷的温度下快速充电 100 次后也能保持 97% 的容量。

在 6C 的速率和 -10°C 的温度下，这些集成电极在不镀锂的情况下循环 100 次后，可访问容量提高了 >500%，容量保持率为 >97%。

此前，Dasgupta 的团队通过在阳极（在充电过程中接收锂离子的电极）创建尺寸约为 40 μm 的通路来提高电池充电能力。通过用激光喷射石墨来钻穿石墨，使锂离子能够更快地找到停留的地方，甚至深入电极，从而确保更均匀的充电。

这显着加快了室温充电速度，但冷充电仍然效率低下。该团队确定了问题：电极表面因与电解质反应而形成的化学层。达斯古普塔将这种行为比作黄油：无论是温暖还是寒冷，你都可以用刀穿过它，但当天气寒冷时，它要困难得多。如果您尝试通过该层快速充电，锂金属会像交通拥堵一样积聚在阳极上。

该材料可显着提高寒冷天气充电能力

科学家们在电池上涂了一层薄薄的硼酸盐碳酸锂——大约 20 纳米厚。事实证明，这种材料有助于在寒冷天气下将充电效率提高 500%。这些结构修改不仅加速了离子流动，还防止了有害的副反应，确保电池即使在结冰条件下也能发挥最佳性能。

该团队在密歇根大学创新伙伴关系的协助下申请了专利保护。Arbor Battery Innovations 已获得许可并正在努力将该技术商业化。Dasgupta 和密歇根大学在 Arbor Battery Innovations 中拥有经济利益。

开发工厂就绪流程的后续工作由密歇根经济发展公司通过密歇根转化研究和商业化 （MTRAC） 高级交通创新中心资助。

关键词： 寒冷天气 电动汽车 充电速度 电池电极