一项名为“阴离子调控技术”的创新，让中国科学家成功解决了全固态金属锂电池的“卡脖子”难题，为电动汽车续航里程翻倍铺平了道路。
中国科学院物理研究所黄学杰研究员团队联合多家科研机构，开发出了一种阴离子调控技术，解决了全固态金属锂电池中电解质和锂电极之间难以紧密接触的难题。
这项突破性研究成果已发表在10月7日的《自然-可持续发展》期刊上。全固态金属锂电池被誉为下一代储能技术的“圣杯”，但长期以来，界面接触问题一直制约其产业化进程。
01 技术突破：碘离子扮演“交通警察”角色
全固态金属锂电池面临的核心难题是固体电解质与金属锂电极之间的“固-固界面接触”问题。常用的硫化物固体电解质硬度高、脆如陶瓷，而金属锂电极却软得像橡皮泥。这两种材料贴合时，界面处会产生大量微小的孔隙和裂缝，严重影响电池性能。为解决这一难题，研究团队在硫化物电解质中引入了碘离子。在电池工作时，这些碘离子会在电场作用下移动至电极界面，形成一层富碘界面。这层界面能够主动吸引锂离子，像“自我修复”一样自动填充进所有的缝隙和孔洞，从而让电极和电解质始终保持紧密贴合。美国马里兰大学教授、固态电池专家王春生评价道：“传统技术需要施加超过5兆帕（相当于50个大气压）的外力来维持界面稳定，而新技术从根本上改变了这一困境。”02 性能提升：能量密度超500Wh/kg，续航里程翻倍
这项技术突破使得全固态电池的性能实现了质的飞跃。采用新技术的电池能量密度超过500瓦时/千克，远超目前主流的磷酸铁锂电池（约200Wh/kg）和三元锂电池（约300Wh/kg）。能量密度的大幅提升意味着同等重量的电池可以提供更长的续航里程。黄学杰教授表示：“结合金属锂负极可使单体电池能量密度超过500Wh/公斤，加上全固态电池系统的简化，整车续航里程将大幅度提升。”据估算，同样重量的电池，可使电动汽车的续航里程实现翻倍增长。以往100公斤电池最多支持500公里续航，如今有望突破1000公里天花板。基于该技术制备出的原型电池在标准测试条件下循环充放电数百次后，性能依然稳定优异，远超现有同类电池的水平。
03 三大技术路线并进，解决固态电池瓶颈
除了中国科学院物理研究所的碘离子界面技术外，我国科研团队还在另外两条技术路线上取得了重要进展。中国科学院金属研究所开发了“柔性变身术”，科学家用聚合材料给电解质打造了一副“骨架”，让电池像升级版保鲜膜一样抗拉耐拽，弯折2万次、拧成麻花状都完好无损。这项技术还让电池储电能力提升86%。清华大学则研发了“氟力加固”技术，科研团队用含氟聚醚材料改造电解质，氟的“耐高压本事”极强，电极表面的“氟化物保护壳”能够防止高电压“击穿”电解质。这项技术在满电状态下经过针刺测试、120℃高温箱测试都不会爆炸。这三项技术突破让“陶瓷板”和“橡皮泥”实现严丝合缝，有望解决固-固界面的接触难题，彻底打通固态电池的续航瓶颈。04 产业化进程：东风汽车已实现突破，3-5年或可量产
在产业化方面，中国车企已经走在了前列。东风汽车已构建自主可控的固态电池供应链体系，固态电池最高续航里程已成功突破1000公里。东风汽车的新一代固态电池系统搭载高比能固态电芯，系统能量密度高达285Wh/kg，不仅具有高比能、高安全的特点，还采用了CTP构型，提升了电池包空间利用率并降低了综合材料成本。据悉，东风汽车从2018年就开始布局固态电池研发，目前首批50台示范车辆已在6省10市运行超过150万公里。关于大规模量产时间表，黄学杰教授预计需要3-5年时间，而上海机动车检测认证技术研究中心有限公司的专家谢先宇博士则认为，行业普遍认为固态电池的产业化时间窗口将在2027到2030年。不过，一些地区可能更早体验到这一技术。谢先宇博士透露：“作为国际汽车城，嘉定及安亭镇在汽车产业布局上早已具备先发优势。以上汽集团为例，其积极推进固态电池的研发与生产，目前部分半固态电池产品已实现装车应用。”05 多重优势：安全、续航、充电速度全面升级
安全性大幅提升。固态电解质燃点更高，能大幅提升电池热稳定性，降低热失控风险，从根源上减少起火隐患。无液态电解质的设计大幅降低了电池起火风险，让消费者用车更安心。续航里程显著增加。搭载全固态电池的新能源汽车，续驶里程有望突破1500公里。而且固态电池对环境温度适应性更强，受温度影响更小，续航衰减幅度将显著降低，对北方地区用户是重大利好。充电效率大幅提高。未来有望实现8C-10C快充，即5-8分钟内能将电池充至80%以上，大幅缩短充电等待时间，接近燃油车加油的便利性。减少对稀缺资源的依赖。该技术为使用硫、硫化物、氯化物等正极材料创造了条件，这类正极材料资源丰富、成本低廉，可显著降低对钴、镍等稀缺金属的依赖。06 应用前景：从电动汽车到日常消费电子
在电动航空领域，高能量密度和安全性使全固态电池成为电动飞行器的理想动力源。在人形机器人领域，更长的续航时间将大幅提升机器人的工作效率。在日常消费品领域，全固态电池也将带来变革。电动自行车续航可从30-50公里提升至100公里以上；手掌大小的充电宝能给手机充电5-6次；家用储能设备可在停电时快速供电，保障基本生活需求。谢先宇博士展望：“未来5年，我们有望看到更多与全固态电池相关的应用场景落地。市民早上出门，只需5分钟就能为汽车充满电，往返市区通勤无需担心补能问题。”
全球范围内，全固态电池的研发还处于你追我赶的阶段，而中国科学家此次的突破性贡献，标志着中国在下一代电池技术的国际竞赛中，已从“跟跑者”转变为“领跑者”。随着固态电池技术的不断成熟，电动汽车的续航里程将突破1000公里大关，充电时间将缩短至几分钟，而安全性将得到根本性提升。这场能源存储技术的革命，将重塑我们的出行方式和能源格局。
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