随着锂离子电池技术的快速发展，电池的能量密度有了很大的提高。消费电子市场和动力电池市场对缩短充电时间的需求日益增加，快速充电技术成为近年来锂离子电池技术发展的重要趋势。快速充电主要是保证锂离子能从正极快速嵌入并进入负极，并且不能造成锂离子的沉积(保证安全性能)。
快充负极材料的实现
对于快充负极材料：一是要缩短充电时间，提高充电SOC；其次，在提高倍率充电的前提下，不会损害倍率充电下的循环性能；第三，解决快充阳极界面锂析出问题，保证安全性能；第四，要不断降低成本。
快充主要在恒流阶段，而且比较大，面临恒流阶段功率大的问题。从电化学体系来看，正极材料在电池中是一个整体，在正极的一端和电位低的一端。除了考虑本身，还要考虑相邻的两个，一个是电解液，一个是集流体。在这方面，有三种策略：(1)提高负极本身的锂嵌入和脱嵌能力；(2)负极材料与电解液接触，提高了材料的分液性能和浸润性能；(3):负极材料与集流体直接接触，提高了电子电导和多点接触附着力；
1、快充石墨类的快充材料
（1）：存在问题
石墨负极因其理论比容量高(372 mAh/g)、工作电位低(~0.1 V vs. Li/Li)和结构稳定性好(体积变化10%)等优点，仍是锂离子电池市场上应用最广泛的负极材料。由于然而，,的层状结构，锂离子必须从材料端面嵌入，然后扩散到颗粒中，导致传输路径长，不可逆容量大。缓慢的嵌锂过程阻碍了锂离子电池的快速充电应用。再者，嵌锂电位与金属锂沉积电位之差太小，动力学条件差。当充电速度过快时，由于石墨负极侧极化较大，石墨的嵌锂电位会降低到0 V以下，导致金属锂在负极表面析出，容易导致有限的锂源流失，电池内阻增大，容量衰减等。从而加剧界面的不稳定性，导致循环性能退化速度急剧增加，严重影响动力电池的使用寿命。另外，析出的金属锂会以枝晶的形式生长，刺破隔膜，造成电池内部短路，引发严重的安全问题。
（2）：快充策略
1）：石墨改性
在液体电解质体系中，锂在石墨中的固体扩散系数相对较小(通常只有10-10 cm2s-1左右)，限制了其在快速充电中的应用。在石墨材料表面刻蚀孔隙，在石墨材料中形成孔洞，增加了锂的扩散通道，锂可以从基面嵌入，缩短了传输距离，提高了扩散速度，改善了锂在石墨中的固相扩散，有效降低了电池极化和锂析出的风险，提高了锂离子电池的快速充电性能。
2）：表面氧化
表面氧化主要是用氧化剂对石墨进行处理，得到表面带有O、H、N等元素的功能化石墨或微膨胀石墨，可以改变石墨的边缘形貌，增加层间距。
3）：电解液润湿性
石墨表面对电解质敏感，锂的嵌入反应具有很强的方向性。因此，对石墨进行表面处理可以提高其结构稳定性，促进锂离子在基底上的扩散。在石墨表面包覆一层无定形的Al2O3可以显著改善电解液的润湿性，从而实现p
SEI存在于石墨表面，沉积锂，保护电极长期循环。然而，LIBs中SEI的主要成分具有较差的离子导电性。大电流下，锂在SEI中的传输受阻，界面电阻和锂涂层急剧增加。
引入人工SEI以物理隔离电解质和石墨，保护石墨不与电解质直接接触，改善石墨的表面化学性质，同时增加电极的导电性，提供快速的Li扩散通道。此外，能够为电解质添加剂原位形成高级SEI。
4）：改善结构
5）：改善SEI膜,俗称可石墨化碳材料，是一种可在2000以下石墨化的无定形碳材料，结晶度低，层间距大，可逆比容量高，与电解质相容性好。使用软碳负极材料进行锂电池生产加工可以更好的稳定内循环性能。但首次放电不可逆容量高，输出电压低，无明显电压平台，可由石油焦和针状焦烧结。
2、快充软碳、硬碳的材料,俗称难石墨化的碳材料，即使在3000以上也很难石墨化，一般是树。
脂碳材料、乙炔黑等物质，其层间距合适。硬碳纯碳负极材料内部为高度无序的碳层结构，在内部产生了大量的缺陷，为Li+提供了众多的嵌入点，可以实现Li+的快速嵌入，因此硬碳的材料的容量要高于石墨，通常可达400mAh/g以上，利于锂电池容量和倍率的提高。在充放电过程中无明显膨胀，具有很好的充放电性能，在日本已经得到了广泛应用。
软碳和硬碳
（1）：存在问题
硬碳材料存在密度小（真密度为1.6g/cm3，石墨为2.2g/cm3）、电压曲线斜率大和库伦效率低等问题，导致锂离子电池在首次充电的过程中产生较大的不可逆容量，严重影响锂离子电池能量密度的提升，此外硬碳材料较低的压实密度低也不利于电池体积能量密度的提升，因此硬碳材料并不适合单独作为负极材料使用。
（2）：快充特性
硬碳材料内部为较大的层间距和随机排列的晶体结构，Li+在硬碳中的扩散系数显著高于石墨材料，适合作为快充和功率型电池的负极材料。且，其具有很高的锂插入潜力，材料中具有微孔，且与电解液兼容性好，因此反应动力学性能良好，有很多优势：高倍率、高安全、长寿命、耐低温的特性等。但是硬碳和软碳材料通常效率低且成本高。能量密度比较低、首次效率比较低。
策略：采用表面的修饰，减少负反应，提升首校；同时要进行掺杂，提高储量的容量，提升能量密度。软碳的通常情况下可以达到300mAh/g以上，效率84%，硬碳和软碳，作为快充材料，电压平台更利于快速的嵌入，不容易析锂，安全性能更好。有数据显示：在10C充电的时候，6分钟能充93.0%，硬碳是93.0的SOC，软碳是90.7%，而且电压上升是很平缓的，不像石墨很陡。
3、快充的硅系列的材料
硅的电压平台比石墨高了一点，充电时析锂的可能性不大，安全性能上，较石墨有很大的优势。且，硅是地壳中丰度最高的元素之一，来源广泛，价格便宜。但，硅碳跟其他几个比，快充没那么好，硅碳的快充要解决缩短距离等：
（1）：存在问题
硅材料的比容量最高可达4200mAh/g，远大于碳材料的372mAh/g，是目前已知能用于负极材料理论比容最高的材料。并且硅材料环境友好、储量丰富、成本较低。但，在充放电过程中，硅的体积会膨胀100%-300%，不断的收缩膨胀会造成硅碳负极材料的粉末化，严重影响电池寿命。
（2）：改性硅碳负极
将有机改性的包覆多孔硅碳合金负极表面，获得含有大量羟基的复合材料，通过羟基与碳酸酯的相容性促进锂离子的去溶剂化，此外，包覆层作为缓冲层以减轻体积效应，且增强导电性，提高锂离子的迁移能力，实现高快充能力。
（3）：纳米化处理
硅纳米化，使得所有的硅得到利用，并预留膨胀空间，利于锂和硅化合物的形成，可有效改善循环性能。还可以对纳米硅进行补锂处理，解决硅碳负极电池首次充电效率低，以及电池循环寿命短的问题。但成本较高，工艺制程复杂，制备难度较大。
（4）：构建特殊结构
在充放电过程中，会有较大的体积膨胀(>300%)，破坏的材料结构，发生硅粉化，导致电极材料间及电极材料与集流体的分离，进而失去电接触，致使容量迅速衰减，循环性能恶化。此外，体积效应，会使SEI膜处于破坏-重构的动态过程中，消耗大量的锂离子消耗，进一步弱化循环性能。通过设计内部有中空的，表面是碳的结构，这样的结构是非常稳定的硅、石墨的复合结构，起到结构支撑的力学作用，良好的机械性能利于硅在循环中的体积应力释放，形成高的导电网络，提高电极整体的电子电导率。最终实现容量1300，效率86.5。跟石墨复合，2C充电，2C比0.2C可以做到84.4，2C充、10C放，循环能达到500周。
4、快充钛酸锂的负极材料
（1）：快速充电
钛酸锂（Li4Ti5O12）是一种具有尖晶石结构的复合氧化物，具有三维锂离子扩散通道，有利于锂离子在其中快速迁移，离子扩散系数比石墨高一个数量级，电化学反应速度快，大大缩短了充电时间，
（2）：长循环
锂离子嵌入和脱嵌几乎不收缩或膨胀，不会造成钛酸锂晶型结构的变化，没有体积膨胀，被称为零应变材料，避免了电池材料因体积应变而导致电极结构损坏的问题；此外，钛酸锂负极材料嵌锂电位高，其平衡电位高于绝大部分电解质溶剂的还原电位，不与电解液反应，不形成固液界面钝化膜，防止了很多副反应的发生，充放电稳定；且有很明显的充放电平台，对循环寿命的影响较小，因此具有非常出色的循环性能，热稳定性也较强，因此钛酸锂电池在高低温性能上的表现也十分优异；但能量密度低，电子电导差。为了提升能量密度，制成球形。钛酸锂离子电池寿命可达30年，与汽车使用寿命相当，而普通石墨负极材料电池平均寿命不过3-4年。
（3）：高安全
传统的碳电极在嵌锂之后一旦过充，电极的表面容易析出金属锂，其与电解液接触发生反应会产生可燃性气体，带来安全隐患。钛酸锂用作阳极材料，电位平台高达1.55V，比传统的石墨阳极材料高1V以上，可防止负极电压为零，在充电的过程中防止了金属锂的生成和析出，不易产生锂晶枝，放电电压平稳，因此提高了锂电池的安全性能。
钛酸锂恒流充电的时候SOC充电效率是非常大的，很适合大倍率充电，这里10C充电的恒流比有87.5，在15分钟以内充电也可以SOC充到95.7%，采用的是CC+CV充电；如果用CC，6分钟以内基本可以充到85―90%的水准，钛酸锂非常的适合大电流充电。
5、快充Li3+xV2O5负极材料
（1）：富锂无序岩盐氧化物Li3+xV2O5负极材料，分子单元由八面体―四面体―八面体构成，形成了三维的渗透网络结构，结构稳定；且便于锂离子快速迁移，极大的提高了锂离子的扩散速率，具备比石墨更快的嵌锂速度；
（2）：电势比石墨负极高，有效降低了在快充条件下锂金属在电极表面的沉积，导致锂枝晶的出现；同时缓解了一个主要的安全问题（锂枝晶生长造成的电池短路及热失效）。此外，具有无序盐岩Li3V2O5负极在0.6 V平均电压（vs. Li/Li+）下可以可逆循环两个锂离子，具有更高的容量。电池电压远高于目前商用快充的钛酸锂负极或其他嵌入负极材料（Li3VO4和LiV0.5Ti0.5S2），比容量更高，与常用正极匹配组成全电池后具有更高的能量密度；
（3）：无序盐岩Li3V2O5负极能够进行超过1000次充放电循环，几乎无容量衰减，表现出优异的循环性能并且具有出色的倍率性能，电池容量在20秒内充到40％以上。
这种低电位，高倍率的嵌入反应可用于识别其他金属氧化物负极，以用于可快充，长寿命的锂离子电池。
6、快充红磷/碳负极材料
（1）：存在问题
红磷电子导电率低，致使在充放电过程中，电化学氧还原速率慢；此外，嵌脱锂过程中，材料体积存在较大的膨胀，影响循环稳定性。
（2）：特性
红磷资源丰富、储备大；锂离子嵌入到红磷中可形成三个锂的化合物，红磷具有着较高的理论比容量（2596 mAh g-1，6075 mAh cm-3）以及，相当于石墨理论值的7倍；红磷的工作电位（为~0.7 V，高于锂的沉积电位，在充放电过程中不太容易产生枝晶锂，提高了的安全性。
（3）：策略
1）：纳米尺度颗粒和导电包覆
采用微纳米尺寸的多孔导电碳包覆无定型的红磷，同时保留一部分孔。再多去除孔导电碳表面的红磷，形成无P的表面纯碳层。无P碳表面层使材料具有良好电子电导，材料含有内部孔隙用于调控微区体积变化，解决红磷在电化学反应时的体积膨胀，颗粒的微纳米尺度使材料具有高振实密度，缩短离子和电子在颗粒尺度的传输距离。
2）：设计超薄极片
电极材料的高容量，降低电极厚度和质量，保证和提升了电池的整体能量密度，同时也缩短了载流子在电极尺度的传输距离，提升了快充性能，是非常合适的快充材料。
