重磅！中科院破解固態電池“死結”，度電成本低于3毛

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【重磅！中科院破解固態電池“死結”，度電成本低于3毛】

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近日，中國科學院大連化學物理研究所能源催化轉化全國重點實驗室團隊在《自然·通訊》上發表重要成果，其研發的電誘導加速聚合界面修復技術成功應用于Ah級全固態鈉離子軟包電池，在無需外部加壓的條件下實現了穩定循環超過1000次。

全固態電池因具備高安全性和高能量密度被視為儲能領域的未來方向，而基于鈉資源的電池體系因成本低廉、資源豐富，成為平衡性能與經濟性的理想選擇。

然而，固態電解質與電極之間長期存在的界面接觸難題，如同橫亙在產業化道路上的一堵“無形的墻”，嚴重制約了電池的循環壽命與實際性能。

界面問題本質上是固態電池的“死結”。

正如團隊負責人楊庭舟教授所比喻的，固態電解質與電極的接觸如同兩片干燥的玻璃疊放，即便表面看似平整，微觀上仍存在難以避免的縫隙與孔隙。

這些微米甚至納米級的缺陷會導致界面接觸不良，大幅增加離子傳輸阻力，更嚴重的是可能引發鈉枝晶生長，最終穿透電解質導致電池短路失效。

尤其對于化學活性更高的鈉金屬負極，界面反應更為劇烈，傳統的外部加壓或高溫處理方法往往治標不治本，難以在長期循環中維持穩定、低阻抗的固-固接觸，嚴重限制了全固態鈉電池的實際應用。

面對這一行業共性難題，陳忠偉團隊轉換思路，提出“讓界面自主修復”的創新構想。

他們不再依賴外部強制手段，而是設計出一種特殊的“電池膠水”——一種由可聚合單體與導電粒子組成的復合體系，在電場引導下可精準滲入電解質微裂紋中，并快速固化形成穩定、致密的修復層。

這項技術的關鍵突破在于實現了“電誘導下的可控聚合”，團隊通過建立電潤濕、微滴遷移與聚合反應的多場耦合模型，精準調控電場強度與反應速率，使修復材料能像“智能膠水”一般深入裂縫并在短時間內完成固化，既填補缺陷，又形成保護性界面層。

來源：中國科學院大連化學物理研究所

為實時觀測這一微觀修復過程，團隊還自主研制了原位表征裝置，首次實現了對納米級裂紋內修復反應的“可視化”監測。

實驗結果顯示，采用該技術的全固態鈉電池臨界電流密度提升至6.8毫安每平方厘米，達到傳統電池的三倍以上；在1C倍率下循環1000圈后容量保持率仍超過90%。

更值得關注的是，團隊成功制備出Ah級軟包電池并在無外部加壓條件下實現長周期穩定運行，這標志著該技術已從實驗室的小尺寸樣品邁向具有實際應用意義的產品形態。

無加壓穩定循環的突破，對產業化具有里程碑意義。

傳統全固態電池往往需要依賴夾具施加數兆帕的外部壓力以維持界面接觸，這不僅增加電池系統的重量與成本，也限制了其在電動汽車及大規模儲能中的適用性。

而本次研發的電誘修復技術使電池在常壓條件下即可實現優異性能，大大簡化了電池封裝工藝，使得卷繞、疊片等現有鋰電成熟工藝可直接兼容，顯著降低了量產門檻與制造成本。

從應用前景看，這項技術為全固態鈉電池的經濟性與安全性帶來雙重提升。

在儲能領域，得益于鈉資源的豐富性與無壓設計的結構簡化，度電成本有望降低30%以上，遠期甚至可能降至每度電0.3元以下。

在新能源汽車方面，全固態電池徹底消除液態電解液，從根本上提升安全等級，同時其寬溫域性能有效緩解低溫環境下的續航衰減問題，為電動汽車在更廣闊氣候區域的推廣提供支持。

盡管成果令人振奮，但研究團隊也認識到，從實驗室走向規模化生產仍面臨諸多挑戰。

目前，超薄固態電解質膜的批量一致性、修復材料的規模化合成工藝以及全鏈條中試體系的構建，仍是需要持續攻堅的方向。

陳忠偉表示，團隊下一步將重點突破三大方向：將公斤級固態電解質制備技術放大生產、實現設備的連續化改造、構建從材料到電芯的全鏈條中試體系。

（來源：科技日報、中國科學院大連化學物理研究所；整理：Bell）

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