密歇根大学的研究人员开发出了一种用于电动汽车(EV)的锂离子电池(LIB)，在低至 -10 C 的温度下只需 10 分钟即可充满电。

该项新技术已获得授权并将由密歇根州的 Arbor Battery Innovations 公司进行商业化。

Arbor 首席执行官 Andrew Davis 博士表示：“这是毫不妥协的快速充电。我们不会要求电池制造商改变化学成分或重新配置生产。Arbor 适合当今的电池工厂，并提供未来所需的性能。”

目前的电动汽车电池通过液体电解质在电极之间移动锂离子来存储和释放电能;然而，在低温下，这种移动会减慢，从而影响充电。为了解决这个问题，汽车制造商增加了电池单元中使用的电极厚度。然而，这也带来了一个缺点，导致充电时间变慢。

为了解决这个问题，先前的文献建议创建由垂直通道阵列组成的高度有序的激光图案化电极 (HOLE)。这些可以作为快速离子传输到块体电极的线性路径，大大加快室温充电速度。然而，由于锂镀层，即阳极表面不必要的金属锂沉积，它在寒冷环境下无法做到这一点。

研究团队表示：“锂沉积越来越成为容量损失和电池性能下降的重要原因。从热力学角度来看，当负极电位低于 0 V vs. Li/Li+ 时，就会发生锂沉积，尽管锂成核也存在动力学障碍。此外，局部电流密度的空间不均匀性(无论是通过电极厚度还是在 xy 平面内)在锂沉积的开始过程中起着重要作用。”

密歇根大学机械工程和材料科学与工程系副教授、这项研究的通讯作者尼尔·达斯古普塔 (Neil Dasgupta) 将这种行为比作黄油。“无论是热的还是冷的，你都可以用刀划开它，但冷的时候就很难划开了，”他说。“如果你试图通过那层快速充电，锂金属就会像交通堵塞一样在阳极上堆积。”

为了防止表面层形成，研究人员在电池上涂上一层 20 纳米厚的玻璃状材料。该涂层是一种单离子导电玻璃状固体电解质 (Li₃BO₃-Li₂CO₃)，称为 LBCO，使用原子层沉积 (ALD) 应用于工业相关的袋式电池 (3.2 mAh/cm²)。该团队比较了四种电池类型：对照、单独 HOLE、单独 LBCO 和 LBCO-HOLE 混合。

科学家们表示：“在 -10 C 的温度下，采用协同 LBCO-HOLE 处理条件的电极在 4C(15 分钟)和 6C(10 分钟)充电速率的 100 次循环中分别实现了 >92% 和 >97% 的容量保持率。”“相比之下，由于严重的锂电镀，未涂层对照和 HOLE 阳极的容量在 -10 C 的初始快速充电循环后急剧下降到 50% 以下。”

分析发现，未涂层石墨电池在 20 次循环后保留的可用容量(充电状态或 SoC 波动)不到 20%。相比之下，LBCO-HOLE 电池在 4C 速率下 15 分钟后保持约 70% 的 SoC，在 6C 速率下 10 分钟后保持约 55%。研究人员得出结论，这在 4C 下将倍率能力提高了 400% 以上，在 6C 下将倍率能力提高了 500% 以上。

它在《焦耳》杂志上发表的一篇文章中介绍了这种新型电池“通过界面工程和 3D 架构在零度以下实现锂离子电池 6C 快速充电” 。