上海交通大学：为新能源革命“快充续航”

■我们的通讯员黄鑫和通讯员李

郭守武(右)和研究人员整晚都在做实验。

“充电5分钟，通话2小时”，“随你便，轻松出行”...随着生活节奏的加快，人们开始对二次充电的持续时间提出更高的要求，并期望在有限的时间内获得最大的收益。因此，科研和工业界一直在努力实现二次锂离子电池的快速充电和快速放电。

近年来，中国已经开始大力发展动力电池和共享交通等相关产业。中国动力锂离子电池相关产业也在快速发展。快速充电和快速放电的二次电池越来越为每个人所熟悉。

上海交通大学的郭守武团队通过近十年的研究克服了许多科技难题，在2017年劳动博览会上成功推出了最新研发的“新型石墨烯和石墨烯基锂离子电池”，为“快速充电和耐久”的新能源革命奠定了坚实基础。

黑金技术:石墨烯辅助电池的快速充电

科技创新从未停止。石墨烯技术的出现开启了“快速充电和快速放电锂离子电池”的新时代。石墨烯是迄今为止发现的最薄、最强、导电性最好的纳米材料，被称为“黑金”和“新材料之王”。石墨烯作为一种新型的低维碳材料，凭借其优异的导电性，可以提高相应电极材料的导电性，从而改善其充放电和循环性能。同时，石墨烯的“柔性”三维网络结构能够有效抑制充放电过程中由于体积变化导致的电极材料的膨胀、粉化和聚结，增强与集流体和电解质的导电接触。因此，石墨烯可以提高锂电池正负极材料的电化学性能，从而大大提高锂电池的大电流充放电性能、循环稳定性和安全性。

在锂离子电池的充放电循环中，为了保持电荷平衡，电子迁移必须伴随着锂离子的嵌入或脱嵌。如果不能及时引入或输出电子，富集的电子将通过极化效应限制锂离子的嵌入和脱嵌，从而恶化材料的电化学性能郭守武在谈到“快速充电和快速放电”电池的研发时说，“由于传统电池材料的低导电性，锂离子电池不容易输入/输出更高的功率。”

据报道，郭守武团队在单层氧化石墨烯和石墨烯的制备、分离和纯化方面取得了突破性进展，探索了从石墨烯宏观制备技术的开发和应用到产品的产业化和推广落地的道路。通过用石墨烯包裹锂离子电池的正极和负极材料，有效提高了电池材料的导电性，并成功实现了其在锂电行业的工业应用。超级闪光和快速充电的神话在一夜之间成为可能。同时，结合先进的电池分组技术和电池管理系统，与上海碳源辉固新材料科技有限公司和徐东光电科技有限公司共同开发了基于石墨烯快速充放电锂离子电池的“烯烃王”移动电源系列产品和动力电池模块。该产品具有充放电速度快、循环寿命长、环保等优点，广泛应用于电动自行车、储能系统、电动汽车等各个领域，实现了快速充放电锂离子电池的生产和商业化。

五大特点:新电池启动能源革命

缩短充电时间已经成为人们在充电过程中使用智能手机、移动电源和电动汽车的迫切需求。能否提高电池材料的导电性是提高其快速充放电性能的重要途径。郭守武团队开发的新型石墨烯和石墨烯基锂离子电池解决了快速充放电问题，具有安全、可靠、环保和时尚五大特点。

石墨烯基锂离子快速充放电锂离子电池采用石墨烯包覆磷酸铁锂技术，可以更快地实现充放电功能。过去，灌装5000毫安需要3.5小时，但现在只需要15分钟。即使你前一天晚上忘记给手机加电，也没关系。当你在早上刷牙、洗脸和吃早餐时，你的移动能力会带着满满的血液恢复活力。

实验表明，石墨烯这种新材料可以有效地在锂离子电池和环境之间散热。在相同的工作参数下，石墨烯基高温锂离子电池的温升比普通锂离子电池低5℃。在60℃下循环2000次后，容量保持率仍在80%以上。由郭守武团队开发的“烯烃之王”第二代移动电源采用石墨烯基快速充放电锂离子电池。电池使用温度上限提高了10℃，电池可以在-30~80℃的环境中*工作。“烯烃之王”动力电池的适用温度范围为-20~45℃。因此，即使在海拔2000米以上的高原地区使用，其充放电性能仍然稳定。

烯烃王石墨烯基锂离子电池产品具有过充保护、过放保护、过温保护、过流保护、短路保护等安全保护功能，而极其稳定的石墨烯基正极材料保证了高容量、长期放电、长期使用和耐久性，从而保证了电池芯和电池的稳定性和安全性，避免了人们在电池使用过程中的担忧。

王恩第二代移动电源采用智能睡眠技术，不浪费任何电能。当支架关闭时，电源会自动切断。此外，还安装了节能方便的护眼发光二极管台灯，以霍尔元件的方式开关，实现真正的充放电两用。同时，王恩所有的电池产品都不含铅、汞、卤化物等有害物质。，对环境非常友好，可以说是真正的绿色能源。

新能源革命的“充电与永生”

近年来，新能源汽车的发展如火如荼。与传统的燃油汽车相比，新能源汽车需要几个小时才能充满电。在充电桩尚未“遍地开花”的前提下，快速充电技术已经成为影响电动汽车快速普及的重要因素之一，快速充电电池也成为动力锂离子电池的另一个发展方向。

与此同时，郭守武团队与上海碳源辉固、徐东光电开展产学研合作，完成石墨烯技术及其相关应用的研究，开创了中国锂离子快速充放电的新时代，真正实现了15分钟超快速充电和高安全性，站在了快速充电电池行业的前列。目前，王恩第二代移动电源上市以来，市场反响强烈。基于石墨烯的王恩自行车用快速充电锂离子电池也与自行车骑行企业等自行车共享企业成功开展项目合作，实现大规模生产。未来，进入新能源汽车领域，在现有产业基础上进一步深化产业链延伸，将成为郭守武的下一个坚定目标。

《中国科学新闻》(第8版，2017年12月5日)