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清华大学深圳国际研究生院陈振等人Nature Chemistry！二维聚合物正极材料助力锂离子电池超快充电技术突破

文章来源：新能源网更新时间：2025-09-08 15:37:43

随着电动汽车和可再生能源存储技术的快速发展，对高性能锂离子电池的需求日益增加。然而，传统的锂离子电池正极材料，如磷酸铁锂和三元材料，由于其晶体结构紧密，离子传输动力学缓慢，难以满足快速充电的需求。此外，现有的快速充电技术往往以牺牲电池的能量密度和循环稳定性为代价。因此，开发一种能够在短时间内完成充电且不降低电池性能的新型正极材料，成为当前研究的热点。近年来，二维材料因其独特的层状结构和丰富的活性位点，展现出在快速充电领域的巨大潜力。然而，如何进一步优化二维材料的结构，以实现锂离子的高效传输，仍然是一个亟待解决的问题。

本研究成功开发了一种基于二维垂直梯形聚合物（2DVLPs）的新型正极材料，通过独特的交叉流结构设计，实现了锂离子在垂直方向上的快速迁移和水平方向上的嵌入，从而显著提高了锂离子的传输效率。实验结果表明，该材料在高电流密度下能够在30秒内达到约70%的充电状态，并且即使在-50°C的低温环境下，也能在3分钟内实现约55%的充电。此外，研究团队还提出了一种有机-无机杂化策略，通过将部分导电添加剂替换为钛二硫化物（TiS?），进一步提高了电极级别的比能量。这种新型正极材料不仅具有超高的功率密度和优异的低温性能，还展现出了良好的循环稳定性，为锂离子电池的快速充电技术提供了一种全新的解决方案。

本研究通过合理设计二维垂直梯形聚合物的结构，成功实现了锂离子的快速传输和高效存储，为锂离子电池的超快充电技术开辟了新的途径。这种交叉流结构的设计理念，不仅解决了传统二维材料在快速充电过程中离子传输路径长和动力学缓慢的问题，还通过引入有机-无机杂化策略，进一步提升了电池的整体性能。该研究成果不仅在实验室条件下展现出了卓越的性能，还具有潜在的实际应用价值，有望推动锂离子电池技术在电动汽车和可再生能源存储等领域的进一步发展。未来，通过进一步优化材料的合成工艺和电池的组装技术，有望实现该材料的大规模生产和商业化应用，为实现绿色、可持续的能源存储提供有力支持。

本研究在二维材料的设计和应用方面取得了显著进展，其创新性的交叉流结构设计为解决锂离子电池快速充电问题提供了新的思路。然而，尽管实验结果令人鼓舞，但在实际应用中仍面临一些挑战。首先，2DVLPs的合成过程相对复杂，涉及到多个步骤和特定的反应条件，这可能会限制其大规模生产的可行性。其次，虽然引入TiS?提高了电极的比能量，但这种杂化策略对电池的长期循环稳定性的影响尚需进一步验证。此外，该研究主要集中在实验室规模的电池测试，对于实际应用中电池组的热管理、安全性和成本效益等问题尚未涉及。总的来说，虽然该研究在基础科学层面取得了重要突破，但在将其转化为实际产品之前，仍需解决一系列工程和技术问题。

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