近日，中國(guó)科學(xué)院物理研究所黃學(xué)杰團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國(guó)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(jī)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。這一突破性研究成果已于10月7日發(fā)表在國(guó)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(guó)在下一代電池技術(shù)的國(guó)際競(jìng)賽中取得重要進(jìn)展。黃學(xué)杰表示，全固態(tài)電池未來(lái)有望應(yīng)用于人形機(jī)器人、電動(dòng)航空、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域。利用這種新發(fā)現(xiàn)，未來(lái)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500Wh/公斤，加上全固態(tài)電池系統(tǒng)的簡(jiǎn)化，整車?yán)m(xù)航里程大幅度提升。

全固態(tài)金屬鋰電池被譽(yù)為下一代儲(chǔ)能技術(shù)的關(guān)鍵。它憑借更高的能量密度和更強(qiáng)的安全性，被全球科研機(jī)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。然而，長(zhǎng)期以來(lái)，固體電解質(zhì)與金屬鋰電極之間的“固-固界面接觸”問(wèn)題一直制約其走向?qū)嵱谩｜S學(xué)杰解釋說(shuō)，傳統(tǒng)技術(shù)路線中，固體電解質(zhì)與金屬鋰電極無(wú)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(huì)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(wèn)題，行業(yè)普遍采用“外部加壓”方案，依賴笨重的機(jī)械裝置持續(xù)施加超過(guò)5MPa的壓力，導(dǎo)致電池體積龐大、重量激增，無(wú)法滿足新能源車、便攜電子設(shè)備等場(chǎng)景的實(shí)際需求。

最新公布的研究工作成果有效解決全固態(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(shí)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(wú)壓力下正常工作。中國(guó)研究團(tuán)隊(duì)在硫化物電解質(zhì)中引入碘離子，借助電場(chǎng)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(dòng)吸引鋰離子，將它們精準(zhǔn)地填充進(jìn)所有縫隙和孔洞，實(shí)現(xiàn)電極與電解質(zhì)的緊密貼合，且無(wú)需外部加壓。在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下，這款電池經(jīng)過(guò)數(shù)百次循環(huán)充放電后，性能依然保持穩(wěn)定優(yōu)異，遠(yuǎn)超現(xiàn)有同類全固態(tài)電池的水平。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，實(shí)施該技術(shù)可有效解決全固態(tài)金屬鋰電池負(fù)極和電解質(zhì)界面零壓力下的穩(wěn)定接觸問(wèn)題，在正極材料的體積形變足夠小的情況下，全固態(tài)電池可以徹底擺脫外部加壓的束縛。