固態電池快充與壽命可以兼得

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本報北京11月5日電（記者鄧暉） 電動車充電慢、冬天“趴窩”、安全隱患大……這些困擾電動出行的難題，迎來了突破性解決方案。近日，清華大學深圳國際研究生院康飛宇教授、賀豔兵教授團隊聯合天津大學楊全紅教授團隊，在固態電池領域取得重大突破，為固態鋰金屬電池構建出“外柔內剛”的梯度結構。如同為鋰金屬負極表面穿上“塑性鎧甲”，這項技術為解決長期困擾行業的固態電池界面失效問題提供了全新策略。相關研究成果近日在線發表於國際期刊《自然》。

固態鋰金屬電池因其高能量密度和高安全性被譽為下一代動力電池的發展方向，在電動汽車和大規模儲能等方面具有廣闊的應用前景。儘管優勢明顯，但固態電池在推廣應用中仍面臨兩大難題：如何實現快速充電，又如何保證長久的使用壽命？

每塊電池內部都有一層關鍵的“保護膜”，即固態電解質界面（SEI）。但在傳統固態電池中，這層膜雖然堅硬但很脆弱，一旦破裂，不僅會拖慢充電速度，更會導致短路等問題，使得固態電池難以實現低温和大電流密度下的長壽命穩定循環，在快充和低温環境下電池壽命急劇縮短。

針對上述問題，科研團隊創新性地提出了“塑性富無機SEI”的設計理念，開發出兼具優異機械性能、鋰離子傳輸性能和梯度親鋰/疏鋰特性的新型塑性SEI，大幅度提升了固態電池在大電流密度下和低温下的循環穩定性。

實踐結果證明，穿上了“塑性鎧甲”的固態電池展現出優異的電化學性能：在室温以及15mA cm–2的電流密度和15mA h cm–2面積容量下，鋰金屬對稱電池能夠穩定循環超過4500小時；即使在-30℃的低温環境中，對稱電池仍能在5mA cm–2的電流密度和5mA h cm–2面積容量下穩定循環7000小時以上。

科研團隊表示，該成果為解決固態電池的界面失效問題提供了全新策略，為新型界面層設計提供了重要理論依據，為實用化固態電池“快充”與“壽命”難以兼得的問題找到了新的突破口。