“10分钟给电动汽车充满电 要率先在中国实现了？”

最近，中国科学技术大学季恒星教授研究组和合作者在《科学》杂志上发表了重大突破成果，希望采用新设计的黑磷复合材料，使高容量、快速充电、长寿命兼备的锂离子电池成为可能，应对电动汽车充电时间较长的课题。

魔法黑磷是如何“赋予”锂电池能量的？

锂电池已成为现代人正常生活的重要组成部分，具有高能量密度，使手机和平板电脑等小型电子设备进入千家万户。 三位被授予2019年诺贝尔化学奖的科学家，为锂电池的快速发展做出了杰出的贡献。

1991年商业化以来，锂电池的主流正负极材料变化不大——在目前最常见的锂电池中，正极是钴酸锂材料，负极是碳材料。 中科大此次备受瞩目的科学研究成果是，向锂电池负极添加了黑磷这种新材料。 “这应该是目前世界上唯一的研究，是国内锂电池研究的一大突破。 ”。 研究锂电池热管理方向的上海理工大学的盛雷博士做出了如下评价。

黑磷是白磷在高温和高压下转化形成的黑色有金属光泽的结晶，在磷的同素异形体中反应活性最弱，在空气体中不自燃。 锂电池负极添加黑磷，可以增加电池负极材料的光谱性，凝聚锂离子，增加电池容量，使锂离子更好地往返于正负极之间，增大电子穿梭效率。

盛雷介绍说，10年前，我国锂电池的研发处于艰难的“追赶”状态，但目前我国在锂离子电池的研发方面处于世界领先地位，超过了国际上许多发达国家。 目前，欧洲跨国电动汽车生产公司正在向中国定制国产三元锂电池和磷酸亚铁锂电池等锂离子电池。 在锂离子电池的快速充电方面，去年美国也发表了在电池负极添加石墨烯以提高电池充放电性能的尖端研究成果。 但是，目前我国中科大在电池负极中添加黑磷元素可以起到同样的电池性能增强效果，在经济性方面，我国的研究相对较好。

充电速度仍然是中国锂电池的开发短板

充电很快，是对锂电池很大的期待，但不是唯一的期待。 目前电动汽车锂电池的研究方向重点是能量密度、功率密度、充电速度、安全性。 “能量密度决定车能跑多远，功率密度决定车能跑多快，当然前提是安全。 ”盛雷表示，充电速度仍然是国内锂电池研究的短板。

无论是美国的石墨烯锂电池，还是中国科学技术大学、浙江大学开发的新型锂电池，理论上都有望在10分钟到10秒以内充满电。 但是，在实验室能够实现的充电速度，即使坐在汽车上是否也能够实现，可能需要越来越多的研究。 前面提到的三元锂电池，从实验室到大型公司的生产，花了10多年的时间。 另外，辅助设施能否赶上也是个问题，用5倍以上的电流充电锂离子电池，一根充电线可能会流过近千安培的电流，这种情况下，10辆电动汽车充电时，总输电线的粗细有可能会变得像电线杆那么粗。

目前，我国有望到2025年将锂离子电池单元的能量密度提高到500 wh/kg，目前电池单元的能量密度刚刚超过300 wh/kg，距离目标还有很长的距离。 即使达到了500 wh/kg的能量密度目标，也存在多个电池的热安全问题。 例如，如果将三元锂电池中镍、钴、锰3种材料的比例从以往的5:3:2改为8:1:1，能量密度将大幅提高，但电池的安全性将大幅降低。 最后，盛雷表示，总的来说，中科大研制的新型锂电池能够实现良好的快速充电功能，但对该型电池的功率密度和热安全性尚未有详细报道，中科大研究者有望及时持续报道该电池的后续研究成果。