【環(huán)球時(shí)報(bào)報(bào)道 記者 李迅典】近日，中國(guó)科學(xué)院物理研究所黃學(xué)杰團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所和華中科技大學(xué)等機(jī)構(gòu)，成功解決了全固態(tài)金屬鋰電池中固體電解質(zhì)和鋰電極之間難以緊密接觸的難題。這一突破性研究成果已于10月7日發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然·可持續(xù)發(fā)展》上，并獲得該刊編輯推薦，標(biāo)志著中國(guó)在下一代電池技術(shù)的國(guó)際競(jìng)賽中取得重要進(jìn)展。黃學(xué)杰教授近日在接受《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者專訪時(shí)表示，全固態(tài)電池未來有望應(yīng)用于人形機(jī)器人、電動(dòng)航空、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域。電池技術(shù)是新能源汽車的“心臟”，利用這種新發(fā)現(xiàn)，未來電池包內(nèi)可以填充更多活性材料，結(jié)合金屬鋰負(fù)極可使單體電池能量密度超500Wh/公斤，加上全固態(tài)電池系統(tǒng)的簡(jiǎn)化，整車?yán)m(xù)航里程大幅度提升。

突破全固態(tài)電池的“界面之困”

全固態(tài)金屬鋰電池，被譽(yù)為下一代儲(chǔ)能技術(shù)的“圣杯”。它憑借更高的能量密度、更強(qiáng)的安全性，被全球科研機(jī)構(gòu)與企業(yè)視為替代傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池的核心方向。但長(zhǎng)期以來，一個(gè)令人“頭疼”的難題始終制約其走向?qū)嵱?，即固體電解質(zhì)與金屬鋰電極之間的“固-固界面接觸”問題。

黃學(xué)杰介紹說，傳統(tǒng)技術(shù)路線中，固體電解質(zhì)與金屬鋰電極無法自然緊密貼合，界面存在大量微小孔隙與裂縫。這些缺陷不僅會(huì)大幅縮短電池壽命，還可能引發(fā)內(nèi)部短路等安全隱患。為解決這一問題，行業(yè)普遍采用“外部加壓”方案，依賴笨重的機(jī)械裝置持續(xù)施加超過5MPa（相當(dāng)于50個(gè)大氣壓）的壓力，這種設(shè)計(jì)直接導(dǎo)致電池體積龐大、重量激增，根本無法滿足新能源車、便攜電子設(shè)備等場(chǎng)景的實(shí)際需求。

黃學(xué)杰告訴《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者：“最新公布的研究工作成果有效解決全固態(tài)金屬鋰電池中負(fù)極和固體電解質(zhì)的固-固界面接觸難題，實(shí)現(xiàn)硫化物電解質(zhì)全固態(tài)金屬鋰電池在低壓力甚至無壓力下正常工作?！?/span>

據(jù)介紹，中國(guó)研究團(tuán)隊(duì)在硫化物電解質(zhì)中引入碘離子，借助電場(chǎng)作用，讓碘離子在電極界面處聚集，形成富碘界面層。這層界面如同擁有神奇魔力，主動(dòng)吸引鋰離子，將它們精準(zhǔn)地填充進(jìn)所有縫隙和孔洞，實(shí)現(xiàn)電極與電解質(zhì)的緊密貼合，且無需外部加壓。

更關(guān)鍵的是，在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下，這款電池經(jīng)過數(shù)百次循環(huán)充放電后，性能依然保持穩(wěn)定優(yōu)異，遠(yuǎn)超現(xiàn)有同類全固態(tài)電池的水平?！皩?shí)驗(yàn)證實(shí)，實(shí)施該技術(shù)可有效解決全固態(tài)金屬鋰電池負(fù)極和電解質(zhì)界面零壓力下的穩(wěn)定接觸問題，在正極材料的體積形變足夠小的情況下，全固態(tài)電池可以徹底擺脫外部加壓的束縛?！?/span>

顯著降低對(duì)稀缺金屬的依賴

新能源汽車的續(xù)航里程一直是焦點(diǎn)問題。全固態(tài)電池技術(shù)的突破，有望為這一領(lǐng)域帶來革命性變化。黃學(xué)杰表示：“移除外部加壓系統(tǒng)后，電池包內(nèi)活性材料填充量顯著增加。結(jié)合金屬鋰負(fù)極可使單體電池能量密度超過500Wh/公斤，加上固態(tài)電池系統(tǒng)的簡(jiǎn)化，整車?yán)m(xù)航里程大幅度提升。”

據(jù)《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者了解，目前主流磷酸鐵鋰電池的能量密度約為200Wh/公斤，三元鋰電池可達(dá)300Wh/公斤。如果將能量密度提升至500Wh/公斤，意味著同樣重量的電池，可使電動(dòng)汽車的續(xù)航里程實(shí)現(xiàn)翻倍增長(zhǎng)。

黃學(xué)杰對(duì)《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者說道，這項(xiàng)新技術(shù)“不僅制造更簡(jiǎn)單、用料更省，還能讓電池更耐用”，同時(shí)“對(duì)全固態(tài)金屬鋰安全性提升也有利”。他進(jìn)一步解釋道：“封裝設(shè)計(jì)方面，移除機(jī)械加壓系統(tǒng)，可提升電池包空間利用率，利于推進(jìn)全固態(tài)電池產(chǎn)品化和適應(yīng)多場(chǎng)景應(yīng)用。”

除了續(xù)航與安全，該技術(shù)還為新能源車產(chǎn)業(yè)鏈的“降本增效”與“資源安全”提供了新路徑。當(dāng)前液態(tài)鋰離子電池的正極材料高度依賴鈷、鎳等稀缺金屬，這些金屬不僅儲(chǔ)量有限、價(jià)格波動(dòng)大，還存在進(jìn)口依賴度高的問題，制約著產(chǎn)業(yè)鏈的穩(wěn)定發(fā)展。

黃學(xué)杰強(qiáng)調(diào)說，“該技術(shù)通過解決金屬鋰負(fù)極與固體電解質(zhì)的界面接觸與穩(wěn)定性難題，為使用硫、硫化物、氯化物等正極材料創(chuàng)造了條件。這類正極材料資源豐富、成本低廉，可顯著降低對(duì)鈷、鎳等稀缺金屬的依賴，也符合電池材料可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略方向。”

從重要“跟跑者”轉(zhuǎn)變?yōu)椴糠帧邦I(lǐng)跑者”

在全球能源轉(zhuǎn)型的浪潮中，中國(guó)在全固態(tài)電池領(lǐng)域的突破引起了國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注和高度評(píng)價(jià)。美國(guó)馬里蘭大學(xué)固態(tài)電池領(lǐng)域知名專家王春生教授在評(píng)價(jià)發(fā)表于《自然·可持續(xù)發(fā)展》的這份成果時(shí)直言：“該研究從本質(zhì)上解決了制約全固態(tài)電池商業(yè)化的關(guān)鍵瓶頸問題，為實(shí)現(xiàn)其實(shí)用化邁出了決定性一步?！?他進(jìn)一步對(duì)比稱：“傳統(tǒng)技術(shù)需要施加超過5MPa的外力來維持界面穩(wěn)定，這種嚴(yán)苛條件嚴(yán)重阻礙了其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。而這項(xiàng)中國(guó)團(tuán)隊(duì)開發(fā)的創(chuàng)新技術(shù)，從根本上改變了這一困境。”

黃學(xué)杰強(qiáng)調(diào)說：“在全球范圍內(nèi)，全固態(tài)電池的研究和開發(fā)還處于你追我趕的階段，中國(guó)科學(xué)家正在持續(xù)做出貢獻(xiàn)。”他表示，此次技術(shù)突破的核心意義在于證明了以金屬鋰或鋰合金作為無機(jī)電解質(zhì)全固態(tài)電池的負(fù)極“在工程化上是可行的”。這標(biāo)志著中國(guó)在下一代電池技術(shù)的國(guó)際競(jìng)賽中，已從重要“跟跑者”轉(zhuǎn)變?yōu)椴糠帧邦I(lǐng)跑者”，為全球能源存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展提供了中國(guó)智慧和中國(guó)方案。