充電更快、低溫更耐用！鈉離子電池實(shí)用化研究獲突破 | 科技前線

對(duì)于電池續(xù)航短、冬季掉電快、充電速度慢等問題，或許有了新的破解方法。

日前，中國科學(xué)院物理研究所團(tuán)隊(duì)攻克錫基負(fù)極核心技術(shù)難題，讓低成本、高能量密度的鈉離子電池向?qū)嵱没徊?，有望緩解電池續(xù)航焦慮。

▲圖片由AI生成（來源：中國科學(xué)院物理研究所）

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“好幫手”的問題

鈉離子電池資源豐富、原料易得、成本低廉，性價(jià)比顯著。但它卻有個(gè)短板，同等體積存電能力偏弱，難以滿足電池續(xù)航需求。

錫基負(fù)極材料本是彌補(bǔ)這一短板的“好幫手”，其容量和密度高于傳統(tǒng)碳材料，能在有限空間里存更多電，兼具安全性好、易加工等特點(diǎn)，甚至可以直接適配現(xiàn)有電池生產(chǎn)線。

但錫基負(fù)極有個(gè)“頑疾”，充放電時(shí)體積變化大，反復(fù)膨脹收縮會(huì)讓材料粉化失效，使得電池容量跟著快速“縮水”。以往的改進(jìn)辦法，要么犧牲儲(chǔ)電能力，要么增加成本，始終難以兩全。

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搭個(gè)“堅(jiān)固支架”

針對(duì)技術(shù)難題，科研團(tuán)隊(duì)利用單壁碳納米管與錫顆粒之間的強(qiáng)吸附作用，為錫顆粒量身打造出一個(gè)堅(jiān)固的“支架網(wǎng)絡(luò)”。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)能在電極制作時(shí)防止錫顆?！氨F(tuán)”，使材料分布更均勻，還能讓電池在反復(fù)充放電時(shí)牢牢“兜”住錫顆粒。

團(tuán)隊(duì)結(jié)合人工智能和拓?fù)鋵W(xué)分析的新方法，摸清了背后的科學(xué)原理。這個(gè)“支架網(wǎng)絡(luò)”不會(huì)因體積變化“散架”，既能保證錫顆粒充分反應(yīng)，又能讓顆粒間始終保持緊密的電接觸，兼顧高效儲(chǔ)電和耐用性。

新方法制備的錫負(fù)極，可逆容量達(dá)789.4毫安時(shí)/克；在2安培/克大電流下，循環(huán)6000次后容量仍能保留87.6%。

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或讓續(xù)航不再焦慮

此后科研團(tuán)隊(duì)完成了公斤級(jí)的放大實(shí)驗(yàn)，組裝的鈉離子電池體積能量密度超453瓦時(shí)/升，支持4C高倍率、15分鐘快速充放電，在-20℃的低溫環(huán)境下，性能表現(xiàn)良好。

這項(xiàng)研究為錫基負(fù)極材料找到了一條實(shí)用化路徑，推動(dòng)高能量密度、低成本鈉離子電池邁出關(guān)鍵應(yīng)用步伐，有望改善電池續(xù)航、充電、低溫掉電等問題，未來可應(yīng)用于大規(guī)模儲(chǔ)能等領(lǐng)域。

來源：中國科學(xué)院物理研究所

責(zé)任編輯：侯茜