近日，中國科學(xué)院物理研究所黃學(xué)杰團隊聯(lián)合中國科學(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。這一研究成果已于10月7日發(fā)表在國際學(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)志著中國在下一代電池技術(shù)的國際競賽中取得重要進展。黃學(xué)杰表示，全固態(tài)電池未來有望應(yīng)用于人形機器人、電動航空、電動汽車等領(lǐng)域。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過500Wh/公斤，加上全固態(tài)電池系統(tǒng)的簡化，整車?yán)m(xù)航里程將大幅度提升。

全固態(tài)金屬鋰電池被譽為下一代儲能技術(shù)的關(guān)鍵。它憑借更高的能量密度和更強的安全性，被全球科研機構(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。但長期以來，固體電解質(zhì)與金屬鋰電極之間的“固-固界面接觸”問題一直制約其走向?qū)嵱?。黃學(xué)杰介紹，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，依賴笨重的機械裝置持續(xù)施加超過5MPa的壓力，導(dǎo)致電池體積龐大、重量激增，無法滿足新能源車、便攜電子設(shè)備等場景的實際需求。

最新公布的研究成果有效解決了全固態(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。研究團隊在硫化物電解質(zhì)中引入碘離子，借助電場作用，讓碘離子在電極界面處聚集，形成富碘界面層。這層界面主動吸引鋰離子，將它們精準(zhǔn)地填充進所有縫隙和孔洞，實現(xiàn)電極與電解質(zhì)的緊密貼合，且無需外部加壓。實驗表明，在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下，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，遠超現(xiàn)有同類全固態(tài)電池的水平。

這項新技術(shù)不僅制造更簡單、用料更省，還能讓電池更耐用，對全固態(tài)金屬鋰安全性提升也有利。封裝設(shè)計方面，移除機械加壓系統(tǒng)，可提升電池包空間利用率，利于推進全固態(tài)電池產(chǎn)品化和適應(yīng)多場景應(yīng)用。此外，這項技術(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，這些金屬儲量有限、價格波動大，還存在進口依賴度高的問題。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，可顯著降低對鈷、鎳等稀缺金屬的依賴，符合電池材料可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略方向。

在全球能源轉(zhuǎn)型的浪潮中，中國在全固態(tài)電池領(lǐng)域的突破引起了國際社會的廣泛關(guān)注和高度評價。美國馬里蘭大學(xué)固態(tài)電池領(lǐng)域知名專家王春生教授認(rèn)為，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，為實現(xiàn)其實用化邁出了決定性一步。黃學(xué)杰強調(diào)，此次技術(shù)突破證明了以金屬鋰或鋰合金作為無機電解質(zhì)全固態(tài)電池的負(fù)極在工程化上是可行的。這標(biāo)志著中國在下一代電池技術(shù)的國際競賽中，已從重要“跟跑者”轉(zhuǎn)變?yōu)椴糠帧邦I(lǐng)跑者”，為全球能源存儲技術(shù)的發(fā)展提供了中國智慧和中國方案。