惠廷厄姆是鋰離子電池的“鼻祖”，同時也是諾貝爾化學獎得主。從鋰的發(fā)現到鋰離子電池問世40余年來，一直困擾業(yè)界的難題是無論何種設備，首次充電前電池能量容量就已損失約五分之一。惠廷厄姆研究團隊解決了這一難題，新型涂層能夠在一開始就防止這些電池能量容量損失，而且通過鈮(Nb)處理提高了倍率性能，實現長期循環(huán)穩(wěn)定性，250次循環(huán)后容量保持率達93%。

1817年，在化學家約恩斯·雅各布·貝爾塞柳斯實驗室工作的約翰·奧古斯特·阿韋德松分析透鋰長石時檢測到一種新元素的存在。由于是在礦石中發(fā)現了這種新元素，貝爾塞柳斯以希臘語“l(fā)ithos”(石頭)將其命名為“鋰”。

石頭聽起來很重，但鋰是最輕的固體元素。實際上，瑞典化學家們并沒有發(fā)現純的金屬鋰，而是以鹽的形式發(fā)現了鋰離子。1821年，威廉·托馬斯·布蘭德通過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性，并且遠離空氣儲存。純鋰是一種非常不穩(wěn)定的元素，必須儲存在石油中，防止它與空氣發(fā)生反應。鋰的弱點是它的反應性，但這恰恰也是它的優(yōu)勢。

上世紀七十年代后期，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)首個功能性鋰電池時，利用鋰的巨大驅動力釋放外層電子。

1980年，約翰·古迪納夫為電池注入了更強大的潛力。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獎，以表彰三人在鋰離子電池領域的杰出貢獻。

然而，縱使是惠廷厄姆也無法預料到鋰離子電池為全世界便攜式電子設備提供動力的同時復雜棘手的材料科學難題也一直困擾著業(yè)界。

據寧德時代消息，12月19日上午，慶祝廈門經濟特區(qū)建設40周年重大項目集中開竣工暨時代新型鋰離子電池項目開工儀式在廈門舉行。

時代新型鋰離子電池項目(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71萬平方米，擬建設新型鋰離子電池動力電池生產基地。

廈門市市長黃文輝表示，時代新型鋰離子電池項目的開工建設，對于加快廈門市產業(yè)轉型升級、推進經濟高質量發(fā)展具有重要意義。廈門將全力支持寧德時代在廈進一步做大做強，一如既往地提供優(yōu)質高效的服務保障，營造良好的營商環(huán)境，與寧德時代攜手在廈打造新能源產業(yè)集群高地。

寧德時代聯合創(chuàng)始人、副董事長李平表示，寧德時代將聚合核心資源和能力，以及全球燈塔工廠建設經驗，力爭將項目打造成為全球領先的綠色工廠、智慧工廠、數字工廠。同時，寧德時代還將積極為廈門新能源產業(yè)發(fā)展引入上下游產業(yè)鏈資源，不斷提升技術創(chuàng)新和產業(yè)協作力度，助力廈門成為我國新能源產業(yè)的重要一極，為廈門市以更高水平建設高顏值生態(tài)花園之城添磚加瓦，為建設“清新福建”貢獻力量。

為縮短電動汽車充電時間，科學家們一直在積極尋找新方案。近日，中國科學技術大學俞書宏院士團隊與姚宏斌、倪勇教授團隊合作，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極材料，實現了鋰離子電池在6分鐘內充電 60%。相關成果近日發(fā)表于《科學進展》。高能量密度與快充性能是一對矛盾，當前，鋰離子電池驅動的電動汽車因其節(jié)能、環(huán)保受到人們青睞。然而，電動汽車的充電時間遠長于傳統(tǒng)燃油汽車的加油時間，大大降低了使用體驗感。

“這主要是因為鋰離子電池中石墨負極較差的倍率性能，限制了電動汽車的快速充電能力。”論文共同第一作者、中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心特任副研究員盧磊磊向《中國科學報》解釋。能量密度、功率密度是評價電池系統(tǒng)的兩個重要參數。能量密度決定著單位質量/體積下可以儲存的能量大小，而功率密度則決定著電池充放的倍率。理想狀態(tài)下，這兩項參數越高，鋰離子電池性能越好。然而，高能量密度與快充性能是一對矛盾，是一個“此起彼伏”的過程。盧磊磊說，“高能量密度通常意味著電池單體活性物質載量比較高，電極比較厚，從而具有較長的鋰離子傳輸路徑，限制充放電倍率。”因此，為提高石墨負極的倍率性能，傳統(tǒng)的策略通常是將石墨電極做到多孔或變薄。 “但是，這些方法往往就會犧牲所制備電池的能量密度。”盧磊磊坦言。有沒有一種解決方案，能夠實現高能量密度與快充性能“魚與熊掌”的兼得?俞書宏團隊決定從設計電極結構入手，在保證能量密度的情況下提升鋰離子電池的快充性能。

給石墨顆粒“排隊”加快充電速度，研究團隊首先構建了一種新型粒子級理論模型，用于同時優(yōu)化電極結構中粒度分布和電極孔隙率分布兩個參數，提高石墨負極的快充性能。盧磊磊介紹，傳統(tǒng)的二維模型通常簡化顆粒為均質球形以及孔隙均勻分布。事實上，石墨顆粒多是大小不一、形狀不同，通常以相當隨機的順序排列。同時孔的形狀和大小也非均勻分布。

而新型粒子級理論模型是基于真實的石墨顆粒構建出的三維模型，與現實的電極結構很接近。在粒子級理論模型中，研究人員按照石墨顆粒大小的順序重新“排隊”，同時調整電極孔隙率大小分布。具體表現為，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@種結構稱之為雙梯度電極?！北R磊磊說，模擬計算結果表明，在大電流密度充電條件下，這種新結構相對于傳統(tǒng)的隨機均質電極以及單梯度電極，展現出了優(yōu)異的快充性能。理想的結構模型已找到，接下來就是如何在電極中實現。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，“就像速溶奶粉，取任何一部分都是均質的?！?

如何構筑一種“異質”結構?研究團隊開發(fā)了一種低粘度無聚合物粘結劑漿料自組裝技術，混合銅包覆的石墨負極顆粒以及銅納米線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，成功構建出模擬計算優(yōu)化的雙梯度結構，得到電極。