作為推動交通電氣化、引領(lǐng)社會向綠色與可持續(xù)方向轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵技術(shù)，極速快充(XFC)技術(shù)已在全球?qū)W術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界獲得廣泛關(guān)注。該技術(shù)不僅能有效緩解用戶的“充電焦慮”，加速電動汽車、電動飛機等電氣交通工具的普及，也是實現(xiàn)“碳達峰”與“碳中和”目標的重要技術(shù)路徑。但現(xiàn)階段，該技術(shù)仍難以滿足電動交通工具對分鐘級充電的需求，成為阻礙電氣交通大規(guī)模發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸。XFC技術(shù)的突破有望徹底重塑用戶體驗、推動產(chǎn)業(yè)變革，并進一步加速全球能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。因此，系統(tǒng)梳理當前XFC技術(shù)的研究進展，對推動該技術(shù)持續(xù)發(fā)展具有至關(guān)重要的意義。2025年10月，北京理工大學(xué)吳鋒院士、李麗教授團隊聚焦于XFC電池技術(shù)，以“Extremely Fast-Charging Batteries: Principle, Strategies, Detection, and Prediction”為題在國際頂級期刊《Chemical Reviews》(影響因子：55.8)上發(fā)表綜述文章，全面系統(tǒng)梳理了XFC技術(shù)面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)，以及近年來在提升其性能與安全性方面取得的進展。北京理工大學(xué)葉玉勝教授、陳人杰教授、李麗教授為論文的通訊作者，材料學(xué)院博士研究生劉浩為第一作者、趙利媛實驗師為共同第一作者。 
圖1 XFC電池在電氣交通領(lǐng)域的應(yīng)用及本綜述論述內(nèi)容的示意圖
本綜述系統(tǒng)總結(jié)了鋰電池在快充領(lǐng)域的理論基礎(chǔ)與調(diào)控策略，闡述了智能監(jiān)測技術(shù)在保障快充安全與性能中的重要作用，并總結(jié)了電池快充健康與壽命的精準預(yù)測方法(圖1)。通過跨學(xué)科融合，旨在深化對XFC技術(shù)發(fā)展、潛在解決方案及前景的理解。最后，本綜述討論了推動XFC技術(shù)未來發(fā)展的關(guān)鍵研究方向。
圖2 XFC技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，盡管電動汽車的市場占有率持續(xù)攀升，針對快充鋰離子電池的科學(xué)研究也日益活躍，但距離實現(xiàn)“XFC”目標，即在15分鐘內(nèi)為電池充入80%電量，仍面臨嚴峻挑戰(zhàn)。與此同時，隨著以電動垂直起降飛行器與無人機為代表的低空經(jīng)濟迅速崛起，市場對XFC技術(shù)實現(xiàn)關(guān)鍵突破的需求愈發(fā)迫切，亟需通過技術(shù)升級加速低空經(jīng)濟的商業(yè)化進程。
圖3 低空經(jīng)濟的交通載具及市場規(guī)模發(fā)展情況
本綜述系統(tǒng)闡述了當前電池在實現(xiàn)XFC過程中面臨的主要局限，總結(jié)了其多尺度物理化學(xué)過程之間存在的內(nèi)在矛盾，并探討了不同尺度下的快充電池設(shè)計策略，以促進對XFC技術(shù)更深入的理解與進一步發(fā)展。文章還重點分析了實時、無損的電池監(jiān)測方法與先進表征技術(shù)。這些手段對準確評估電池健康狀態(tài)、識別失效模式及規(guī)避安全風(fēng)險具有關(guān)鍵作用(圖4)，所獲取的信息對從事電池研發(fā)與應(yīng)用的研究人員、工程師及制造商也具有重要參考價值。為實現(xiàn)電池的主動安全預(yù)警，本綜述進一步探討了適用于快充電池的多維風(fēng)險預(yù)測方法。精準預(yù)測需依托先進的數(shù)據(jù)驅(qū)動模型與智能技術(shù)，從而將電池運行嚴格控制在安全邊界內(nèi)，顯著提升XFC應(yīng)用場景下的安全性與可靠性。
圖4 XFC電池中可監(jiān)測的參數(shù)/行為及各類監(jiān)測方式
為實現(xiàn)下一代電池技術(shù)的突破，XFC的發(fā)展亟需融合材料工程、機械設(shè)計、計算建模與人工智能等多學(xué)科的交叉力量?；诖耍芯繄F隊從快充標準化、動力學(xué)限制步驟識別、多維協(xié)同策略優(yōu)化以及先進技術(shù)集成等多個維度，提出了未來XFC技術(shù)的重點研究方向，旨在推動電池向更快速、高效、安全與智能的方向發(fā)展。
課題組在前期研究中重點圍繞高功率/快充型電池方面開展了一系列工作，部分代表性工作如下：
1. The Critical Importance of Stack Pressure in Batteries, Nature Energy, 2025, 10, 1064-1073. (IF=60.1, 第一作者：李千雅博士，劉浩博士)(揭示堆疊壓力對電池的重要作用)論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41560-025-01820-x。
2. Recent advances and opportunities in reactivating inactive lithium in batteries, Angewandte Chemie International Edition, 2024, 63(25): e202404554.(IF=16.9，第一作者：李千雅博士)(電池中非活性鋰激活的最新進展和機遇)論文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202404554。
3. Coassembly of ultrathin lithium with dual lithium-free electrodes for long-lasting sulfurized polyacrylonitrile batteries, Nano Letters, 2025, 25(6): 2266-2274.(IF=9.1，第一作者：汪弘毅碩士)(超薄鋰與雙無鋰電極共組裝開發(fā)長效硫化聚丙烯腈電池，實現(xiàn)豐產(chǎn)元素基電極的應(yīng)用)論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c05550。
4. Low-Entropy and Fast-Li+-Conducting Electrolyte with Cascade Reaction-Induced Robust Interphase for Fast-Charging Lithium Metal Batteries, Angewandte Chemie International Edition, 2025, 64(23), e202504116.(IF=16.9，第一作者：李瑤碩士生)(低熵電解質(zhì)的級聯(lián)反應(yīng)誘導(dǎo)穩(wěn)固界面相提升鋰金屬電池快充性能)論文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202504116。
5. Tiny-Ligand Solvation Electrolyte Enabled Fast-Charging Aqueous Batteries, Angewandte Chemie International Edition, 2025, 64(14), e202423808. (IF=16.9，第一作者：尚妍欣博士后)(利用空間位阻來構(gòu)建微小配體溶劑化結(jié)構(gòu)提升水系電池快充性能)論文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202423808。
附作者簡介：
劉浩，北京理工大學(xué)材料學(xué)院2023級博士，師從李麗教授、葉玉勝教授，主要研究方向為快充鋰電池的功能電解液和界面設(shè)計。
趙利媛，北京理工大學(xué)先進材料實驗中心實驗師，致力于利用先進表征技術(shù)研究鋰金屬電池的表面和界面化學(xué)。
葉玉勝，北京理工大學(xué)準聘教授，博士生導(dǎo)師，國家海外高層次青年人才，發(fā)表學(xué)術(shù)論文100余篇，他引近10000次，H因子56。2018年至2023年在美國斯坦福大學(xué)崔屹教課題組從事博士后研究工作，圍繞高功率/快充型鋰(離子)電池開展創(chuàng)新研究，在Nature、Science、Nature Energy等期刊發(fā)表的多項研究成果被BBC News、MIT Technology Review、Science News、Science Daily、美國能源部新聞等報道。2023年6月入職以來，講述《儲能材料與技術(shù)》《能源材料》《先進碳材料(英)》《新能源與環(huán)境材料工程設(shè)計與應(yīng)用》等本科生、研究生課程，參與新能源方向的教學(xué)項目，聚焦電源材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計與機理創(chuàng)新開展系統(tǒng)研究工作，在電源的自響應(yīng)關(guān)鍵材料設(shè)計與制備、離子傳質(zhì)動力學(xué)、高性能電極-電解質(zhì)界面構(gòu)筑技術(shù)等方面取得重要創(chuàng)新成果。
陳人杰，北京理工大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。國家級領(lǐng)軍人才，英國皇家化學(xué)學(xué)會會士、中國工程前沿杰出青年學(xué)者等。主要從事多電子高比能二次電池新體系及關(guān)鍵材料、新型離子液體及功能復(fù)合電解質(zhì)材料、特種電源用新型薄膜材料與結(jié)構(gòu)器件、智能電池及信息能源融合交叉技術(shù)等方面的教學(xué)和科研工作。
李麗，北京理工大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。國家級領(lǐng)軍人才，英國皇家化學(xué)學(xué)會會士等。長期從事新型綠色二次電池關(guān)鍵材料設(shè)計、廢舊電池回收處理與資源化利用和綠色二次電池衰減機理與智能診斷等方面的教學(xué)和科研工作。
版權(quán)與免責(zé)聲明：1.凡本網(wǎng)注明“來源：化工機械設(shè)備網(wǎng)”的所有作品，均為浙江興旺寶明通網(wǎng)絡(luò)有限公司-興旺寶合法擁有版權(quán)或有權(quán)使用的作品，未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其它方式使用上述作品。已經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)使用作品的，應(yīng)在授權(quán)范圍內(nèi)使用，并注明“來源：化工機械設(shè)備網(wǎng)”。違反上述聲明者，本網(wǎng)將追究其相關(guān)法律責(zé)任。 2.本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明自其它來源（非化工機械設(shè)備網(wǎng)）的作品，目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點或和對其真實性負責(zé)，不承擔此類作品侵權(quán)行為的直接責(zé)任及連帶責(zé)任。其他媒體、網(wǎng)站或個人從本網(wǎng)轉(zhuǎn)載時，必須保留本網(wǎng)注明的作品第一來源，并自負版權(quán)等法律責(zé)任。 3.如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問題，請在作品發(fā)表之日起一周內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系，否則視為放棄相關(guān)權(quán)利。
相關(guān)新聞
昵稱 驗證碼 請輸入正確驗證碼
所有評論僅代表網(wǎng)友意見，與本站立場無關(guān)