米兰官网-多维攻坚 为固态电池产业化按下“加速键”—新闻—科学网

新能源汽车财产一起追风逐电，以锐不成当之势重塑出行邦畿。然而，电池热掉控变乱却似高悬的“达摩克利斯之剑”。2024年的行业数据敲响警钟——我国新能源汽车动怒案例中，80%是电池热掉控“兴风作浪”。

与此同时，消费者深陷续航焦急与充电困境的泥沼。而“高能量密度与安全性难以兼患上”这一技能魔咒，更是将行业技能迭代困在瓶颈。将在2026年7月1日正式实行的《电动汽车用动力蓄电池安全要求》提出，热掉控后2小时不动怒、不爆炸。这好似一场倒计时的安全年夜考，让技能进级刻不容缓。

依附高能量密度与安全性的卓着上风，固态电池脱颖而出，行业巨头纷纷将其定为下一代焦点技能，规划2027年先后量产。但全固态电池界面不变性差、电解质薄层化难等，成为拦阻量产的“拦路猛虎”。

近日，中国科学院青岛生物能源与历程研究所（如下简称青岛能源所）研究员、固态能源体系技能中央主任崔光磊团队传来好动静，研究团队于固态电池正极、负极、电解质三年夜焦点质料范畴接连取患上冲破性进展，不仅为深空、深海等极度场景提供靠得住解决方案，更为平易近用动力电池买通安全与续航的“任督二脉”。

团队提出的“刚柔并济”“均质化正极”等设计理念，正精准破解这些瓶颈。从为深潜器提供保障的聚合物固态电池到反哺平易近用市场的技能方案，团队用“极度场景技能反推平易近用立异”的路径，为固态电池财产化按下“加快键”。

崔光磊于做试验

正极“均质化”革命：零应变、“零添加剂”

持久以来，商用正极活性质料电导率低的问题，一直是制约电池机能的“洽商”问题。

传统方案不能不添加非活性导电导离子剂，但这类“补钉式”设计却堕入两难：添加剂虽晋升了导电性，却与充放电时体积变化显著的层状氧化物正极“冰炭不洽”，加重了“电-化-力”耦合副反映，终极致使电池能量密度与轮回寿命都打扣头。这类异质复合布局，成为了全固态锂电池机能跃升的“阿喀琉斯之踵”。

“假如能研制出兼具优秀离子、电子混淆导电性的正极质料，完全挣脱对于导电添加剂的依靠，就能一举霸占这个行业痛点。”于青岛能源所的内部钻研会上，崔光磊提出的这一构思迅速点燃团队的攻关热忱。

颠末团队充实论证，“均质化正极”被确定为焦点技能冲破口。

团队对于数十种候选质料睁开体系性筛选与改进，终极乐成合成零应变正极质料锂钛锗磷硫硒。该质料于连结250毫安时/克高比容量的同时，体积变化率仅1.2%；采用它制成的均质化正极使全固态锂电池于室温下实现超万次不变轮回，能量密度达390瓦时/公斤，成为固态电池成长的主要里程碑。

团队主干、青岛能源所鞠江伟博士先容：“这类新设计范式完全倾覆了传统设计逻辑，实现能量密度与轮回寿命的‘共赢’，其不变性已经彻底满意电动汽车、年夜范围储能的严苛要求。”

试验还有证明，这类新型正极于持三木SEO-久轮回中未呈现机能衰减，更主要的是，该技能线路对于固态钠电池等其他储能系统一样具备普适性。

今朝，团队正加快推进质料放年夜制备。崔光磊决定信念统统：“这项技能有望突破储能范畴多年的‘能量-功率-寿命’的不成能三角。”

相干结果已经发表在《天然-能源》，不仅为下一代电池技能斥地新路径，更彰显了中国科研团队于要害质料范畴的原始立异能力。

崔光磊（中）及团队成员于试验室

电解质膜攻坚：从“散沙难聚”到“刚柔并济”

全固态电池要实现“充电一次跑千里”，还有有一个要害是让电解质膜“瘦身”——膜越薄，电池储能越多。但焦点质料硫化物敏感难用：颗粒像散沙难粘成膜，怕水怕氧，特别对于极性溶剂及部门粘结剂敏感，制备30微米如下超薄膜难度极高。湿法涂布时，硫化物的敏感性让质料选择到处受限；无溶剂干法虽环保省钱，却利用聚四氟乙烯作粘结剂——既要精准节制剪切力使其成纤维，又要颠末周详的多级连辊减薄，成膜强度差，还有轻易被还有原。

“要是能联合聚合物的柔性及硫化物的高导电性，做出又柔又韧、离子跑患上还有快的薄膜，问题不就解决了？”崔光磊的这一设法，再次为团队指了然标的目的。

颠末数百次试验，团队确定“刚柔并济-三相渗流”的解决方案，别离冲破干法与湿法的质料、技能瓶颈。

干法上，团队摒弃传统聚四氟乙烯，改用热塑性聚酰胺作“柔性胶水”，将其与硫化物颗粒提早混淆，于140℃下轻轻压抑，聚酰胺便像熔解的糖同样，渗进硫化物颗粒的漏洞中，冷却后结成“弹性网”。终极制成的膜厚度节制于25微米之内，既柔又韧不容易破，室温下离子电导率还有高。用同步辐射X光“透视”电池内部，即便充放电时电极像“呼吸”般膨胀紧缩，电解质膜也能紧紧贴合。团队将这类正极与超薄膜组装成一体化电池，高负载场景下甚至能不变事情1万小时，能量密度显著晋升。

湿法工艺的瓶颈也被团队冲破。已往因硫化物怕极性溶剂，湿法只能用非极性粘结剂，既粘不牢又限定机能。团队经由过程调控浆猜中的份子彼此作用，让原本“冰炭不洽”的极性粘结剂与较低极性溶剂“及平共处”，最薄可制成12微米的薄膜。更要害的是，锂盐还有能与极性聚合物联合，进一步晋升离子传导效率，面电阻低至0.69欧姆 平方厘米，机能优在所有文献报导。

“‘三相渗流’不是单条路发力，而是让硫化物、聚合物、界面相协同帮离子传输，提高了传输的速率及通量。”团队主干、青岛能源所胡磊博士注释道。

为适配量产，团队还有开发了热转印工艺，将电解质膜快速贴合到电极上，年夜幅降低工业化难度。

“咱们一直干法、湿法两条路并行，干法是将来趋向，湿法今朝更成熟。”团队主干、青岛能源所研究员董杉木增补道。

如今，这些结果已经发表在《进步前辈质料》《德国运用化学》等国际期刊。值患上一提的是，更切实的进展于财产化端：青岛市城阳区的硫化物全固态电池干净车间正于设置装备摆设，估计2027年实现年产200万平方米的30微米级硫化物薄膜出产。这象征着，消费者用上长续航、高安全固态电池的日子已经再也不遥远。

正于举行干房涂布的科研职员及超薄硫化物固态电解质膜 受访者供图

负极“以柔克刚”：蠕变局域化

晋升固态电池能量密度，高容量负极是主要标的目的。但科研界持久面对一个棘手问题：已经知的高容量负极质料，轮回时体积会像气球充气般猛烈变化，充入的锂越多，体积膨胀越较着。而固态电解质硬度高，没法像电解液那样“随形贴合”，一旦正负极与电解质分散，锂离子便“无路可走”，电池随之快速衰减，机能远掉队在预期。固态电池一般需施加几十甚至上百兆帕的压力，这相称在给书包巨细的电池施加几辆10吨级卡车的重量，显然没法满意现实运用需求。

缭绕这一标的目的，团队联合理论计较与试验验证，发明部门电化学机能优秀的合金质料虽“刚性强、难屈就”，却能经由过程“蠕变”与固态电解质慎密贴合。此中，铟锡铋合金体现凸起，于室温下有超高蠕变能力。团队成员、青岛能源所刘涛博士发明该易蠕变的合金会随轮回从负极外貌沿封装边沿迟缓“爬行”，终极涉及正极，致使电池短路。

“蠕变是把双刃剑：既能‘以柔克刚’贴合电解质，也可能‘越界’激发短路。咱们要做的，就是给它套上‘剑鞘’，让蠕变可控。”要害时刻，崔光磊给出了判定。

攻关组借鉴此前聚合物电解质的“刚柔并济”理念，提出将高蠕变性的合金负载于高惯性矩的钛网上，使用钛网的弯曲刚度分离并匀称化负极内部应力，把合金的蠕变举动“锁定”于与固态电解质接触的界面处。

这一设计成效显著，利用该负极，低外压下固态电池可不变轮回超3000次；即便面目面貌量晋升至贸易化尺度5倍的20毫安时/平方厘米，电池仍能不变充放电。相干结果已经发表在《进步前辈质料》，为高能量密度固态电池提供了全新技能路径。

多维度冲破夯实财产化根底

从电解质膜“瘦身”冲破硫化物成膜难题，到正极质料挣脱导电添加剂依靠、实现“零应变”超万次轮回，再到负极“蠕变局域化”破解界面接触困境，崔光磊团队以“全链条立异”思绪，体系性解决了硫化物固态电池贸易化的焦点痛点。

当前，这些冲破不仅逗留于试验室原始立异条理，更经由过程青岛城阳硫化物全固态产线的设置装备摆设，更好支撑全固态电池的财产化进程。

对于在新能源财产而言，这一系列技能不仅象征着更安全、更长续航的动力电池将加快落地，更将为年夜范围储能、特种设备等范畴提供“中国方案”。

“咱们但愿将‘刚柔并济’‘均质化’‘蠕变局域化’等立异理念连续转化为出产力，进一步晋升中国于全世界固态电池技能竞争中的话语权，为‘双碳’方针下的能源转型注入更强动能。”崔光磊说。