锂离子电池驱动的电动汽车是一种满意绿色出行需求的零排放交通器材。然而，目前电动汽车的充电时光远善于古板燃油汽车的加油时光，这使得电动汽车的应用体验感下降。电动汽车的速捷充电才华受限于锂离子电池中石墨负极高的浓差极化效应和低的均衡电位，其正在较高的充电倍率下，容易诱发金属锂重积和枝晶发展，导致电池职能衰减并崭露安详题目。多孔石墨颗粒、石墨负极界面改性以及定向摆列石墨颗粒等计谋不停用以改正石墨负极的速充职能。然而，这些石墨负极的打算计谋往往以阵亡所造备电池的能量密度为价钱来提拔速充职能。因而，若何征服锂离子电池的高能量密度与速捷充电职能之间的冲突仍旧是速充锂离子电池界限一个挑拨性的题目。

　　今天，中国科大俞书宏院士团队与姚宏斌、倪勇教养团队互帮提出了正在不阵亡锂离子电池能量密度的条件下，正在石墨负极内部引入颗粒尺寸以及孔隙率的梯度异质分散布局打算，完成了石墨负极速充职能提拔。筹议团队开辟了一种无咸集物-粘结剂的浆液造备石墨负极的途径，可能普适地正在石墨负极中修建一种新型粒径-孔隙度双梯度布局，大幅度提拔了锂离子电池的速充职能。以双梯度石墨负极修建的锂离子全电池正在6C的高充电速度下发现出高的能量密度和轮回平静性。相干成就以“Extremely fast charging lithium ion battery enabled by dual gradient structure design”为题楬橥正在国际期刊《科学进步》上（Science Advances2022,8, eabm6624），被英国NewScientist选为筹议亮点报道。特任副研卢磊磊与博士后陆宇阳是论文的协同第一作家。

　　图1.(A)分别布局石墨负极内部正在3.5 mA cm-2充电电流密度下电解液中Li+离子浓度的空间分散；(B)分别布局石墨负极正在分别充电电流密度下对石墨颗粒的运用率。

　　图2.(A)所造备的双梯度石墨负极与目前所报道的石墨负极速充职能斗劲；(B)正在6C的高充电倍率下，基于双梯度石墨负极锂离子全电池的体积能量密度为701 Wh L−1，高于随机布局石墨负极锂离子电池(550 Wh L−1)。

　　针对目前贸易化石墨负极颗粒的非匀称、非各向同性、孔隙巨细和形态分别特质，筹议团队起初采用颗粒级标准的表面模子，采用迭代打算门径仿真对石墨负极电极布局举办优化。同时对颗粒巨细和电极孔隙度的双重分散举办了优化，模仿筹划结果阐明，正在3.5 mA cm-2大电流密度充电条款下，双梯度分散电极相看待古板的随机电极以及单梯度电极，电极内部电解液中Li+离子浓度分散更为滑润，从而显露出更幼的浓差极化以及更高的活性质料运用率，发现出优异的速充职能（图1）。筹议职员进一步开辟了一种低粘度无咸集物粘结剂浆料自拼装本领。基于实习室先前成熟的铜纳米线范畴造备工艺，造备铜纳米线和铜颗粒包覆石墨低粘度乙醇浆料，运用分别尺寸颗粒石墨正在浆料中重降速率不同性，正在石墨负极中得胜修建出模仿筹划优化的双梯度布局。电极中铜纳米线的焊接感化完成了石墨电极布局的完备性。基于该石墨负极所造备的锂离子全电池发现出与实习模子好像的优异速充职能（图2）。

　　相看待古板完成锂离子电池速充的门径，筹议团队提出的双梯度电极布局打算为征服锂离子电池的高能量密度和速充职能之间的冲突供给了新的思绪。

　　该作事受到科技部国度中心研发安排“改良性本领闭头科知识题”中心专项项目、国度天然科学基金委更始筹议群体、国度天然科学基金中心项目、合肥大科学中央卓绝用户基金等资帮。