作為推動交通電氣化、引領社會向綠色與可持續方向轉型的關鍵技術，極速快充(XFC)技術已在全球學術界和產業界獲得廣泛關注。該技術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“碳達峰”與“碳中和”目標的重要技術路徑。但現階段，該技術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模發展的關鍵瓶頸。XFC技術的突破有望徹底重塑用戶體驗、推動產業變革，并進一步加速全球能源結構轉型。因此，系統梳理當前XFC技術的研究進展，對推動該技術持續發展具有至關重要的意義。2025年10月，北京理工大學吳鋒院士、李麗教授團隊聚焦于XFC電池技術，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)上發表綜述文章，全面系統梳理了XFC技術面臨的關鍵挑戰，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電池在電氣交通領域的應用及本綜述論述內容的示意圖
本綜述系統總結了鋰電池在快充領域的理論基礎與調控策略，闡述了智能監測技術在保障快充安全與性能中的重要作用，并總結了電池快充健康與壽命的精準預測方法(圖1)。通過跨學科融合，旨在深化對XFC技術發展、潛在解決方案及前景的理解。最后，本綜述討論了推動XFC技術未來發展的關鍵研究方向。
圖2 XFC技術的發展現狀
統計數據顯示，盡管電動汽車的市場占有率持續攀升，針對快充鋰離子電池的科學研究也日益活躍，但距離實現“XFC”目標，即在15分鐘內為電池充入80%電量，仍面臨嚴峻挑戰。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濟迅速崛起，市場對XFC技術實現關鍵突破的需求愈發迫切，亟需通過技術升級加速低空經濟的商業化進程。
圖3 低空經濟的交通載具及市場規模發展情況
本綜述系統闡述了當前電池在實現XFC過程中面臨的主要局限，總結了其多尺度物理化學過程之間存在的內在矛盾，并探討了不同尺度下的快充電池設計策略，以促進對XFC技術更深入的理解與進一步發展。文章還重點分析了實時、無損的電池監測方法與先進表征技術。這些手段對準確評估電池健康狀態、識別失效模式及規避安全風險具有關鍵作用(圖4)，所獲取的信息對從事電池研發與應用的研究人員、工程師及制造商也具有重要參考價值。為實現電池的主動安全預警，本綜述進一步探討了適用于快充電池的多維風險預測方法。精準預測需依托先進的數據驅動模型與智能技術，從而將電池運行嚴格控制在安全邊界內，顯著提升XFC應用場景下的安全性與可靠性。
圖4 XFC電池中可監測的參數/行為及各類監測方式
為實現下一代電池技術的突破，XFC的發展亟需融合材料工程、機械設計、計算建模與人工智能等多學科的交叉力量。基于此，研究團隊從快充標準化、動力學限制步驟識別、多維協同策略優化以及先進技術集成等多個維度，提出了未來XFC技術的重點研究方向，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長效硫化聚丙烯腈電池，實現豐產元素基電極的應用)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)(低熵電解質的級聯反應誘導穩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)(利用空間位阻來構建微小配體溶劑化結構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，北京理工大學材料學院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計。
趙利媛，北京理工大學先進材料實驗中心實驗師，致力于利用先進表征技術研究鋰金屬電池的表面和界面化學。
葉玉勝，北京理工大學準聘教授，博士生導師，國家海外高層次青年人才，發表學術論文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)電池開展創新研究，在Nature、Science、Nature Energy等期刊發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》《能源材料》《先進碳材料(英)》《新能源與環境材料工程設計與應用》等本科生、研究生課程，參與新能源方向的教學項目，聚焦電源材料的結構設計與機理創新開展系統研究工作，在電源的自響應關鍵材料設計與制備、離子傳質動力學、高性能電極-電解質界面構筑技術等方面取得重要創新成果。
陳人杰，北京理工大學教授，博士生導師。國家級領軍人才，英國皇家化學學會會士、中國工程前沿杰出青年學者等。主要從事多電子高比能二次電池新體系及關鍵材料、新型離子液體及功能復合電解質材料、特種電源用新型薄膜材料與結構器件、智能電池及信息能源融合交叉技術等方面的教學和科研工作。
李麗，北京理工大學教授，博士生導師。國家級領軍人才，英國皇家化學學會會士等。長期從事新型綠色二次電池關鍵材料設計、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和科研工作。
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