
中国科学院金属研究所在固态电池领域两大核心突破,分别聚焦材料设计与失效机制破解
1. 材料与性能突破:团队通过聚合物分子设计,在主链引入离子传导功能的乙氧基团和电化学活性短硫链,制备出分子尺度界面一体化的新型材料。基于该材料的电池,不仅可承受20000次反复弯折,用作复合正极电解质时还能让能量密度提升86%,同时解决了传统固态电池界面阻抗大、离子传输效率低的难题,相关成果发表于《先进材料》。
2. 失效机制与解决方案突破:联合国际团队用原位透射电镜技术,首次在纳米尺度揭示无机固态电解质“软短路-硬短路”转变机制,发现缺陷诱导的锂金属析出是短路和电解质开裂的主因,且该机制在主流电解质中具有普遍性。据此开发的无机/有机复合电解质(含三维弹性聚合物网络),能有效抑制锂金属析出与短路,成果发表于《美国化学会会刊》。
此外,团队还在聚合物固态电解质领域有新进展,发现高结晶PEO块体中离子的自适应扩散现象,提出多层电解质膜组策略,可抑制锂丝生长引发的软短路,相关成果发表于《Energy Storage Materials》。
固态电池与液态电解质锂电池的关键性能对比
1. 安全性:传统电池的液态电解质易燃,在60℃左右可能发生热失控,存在漏液、起火风险;固态电池(以全固态为例)的固态电解质不可燃,能耐受200-800℃高温,无漏液问题,还可抑制锂枝晶引发的短路。
2. 能量密度:传统电池量产产品能量密度约250-300Wh/kg,已接近物理极限;固态电池实验室阶段能量密度达400-500Wh/kg,适配锂金属负极后可突破500Wh/kg。
3. 循环寿命:传统电池循环寿命约800-2000次;固态电池实验室阶段循环寿命可达5000-10000次,是传统电池的2-5倍。
4. 温域适应性:传统电池在-20℃以下性能骤降,高温环境下易分解;固态电池在-30℃(部分硫化物体系达-50℃)仍可正常工作,高温稳定性强。
5. 充电速度:传统电池常规快充需30分钟以上(从10%充至80%);固态电池支持4-6C超快充,部分技术12-15分钟即可充至80%。
这就是科技股带动经济的价值,下车充电走两步,十几分钟就可以继续奔跑,这不得打哭国外燃油车垄断技术。