2025-09-04
想象一下，如果手機(jī)電池不僅更安全、體積更小，而且充電一次可以用更久，那該多好！近日，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所科研團(tuán)隊在全固態(tài)鋰電池領(lǐng)域取得新的突破，有望讓電子設(shè)備小型化、長續(xù)航的夢想成為現(xiàn)實。這一成果7月31日在國際學(xué)術(shù)期刊《自然—能源》發(fā)表。
手機(jī)、電腦和其它電子設(shè)備中使用的鋰離子電池，大多都是通過液體電解質(zhì)來儲存和釋放能量。現(xiàn)在，科學(xué)家們正在研究一種新型電池——全固態(tài)鋰電池。這種電池使用固態(tài)電解質(zhì)，而不是液體，這使得它們更安全，不會像液體電解質(zhì)那樣容易泄漏或起火。
雖然全固態(tài)鋰電池聽起來很理想，但在研發(fā)中也面臨一些問題，主要是電池正極內(nèi)部的不同材料在化學(xué)和物理性質(zhì)上很難完美匹配，產(chǎn)生多種界面問題進(jìn)而影響電池的能量密度和使用壽命。為了解決這個問題，科研團(tuán)隊開發(fā)了一種新的材料——均質(zhì)化正極材料（鋰鈦鍺磷硫硒）。
△復(fù)合正極和均質(zhì)化正極在充電過程中微觀結(jié)構(gòu)演變示意圖
與傳統(tǒng)材料相比，該材料具有高電導(dǎo)率、高能量密度、長使用壽命等優(yōu)勢：
1. 高電導(dǎo)率：這種新材料兼具高離子電導(dǎo)率、高電子電導(dǎo)率，比傳統(tǒng)的電池材料（層狀氧化物正極材料）高出1000倍以上。這意味著，即便不依賴導(dǎo)電助劑，正極也能順暢地完成充放電過程，顯著提升了電池的整體性能。
2. 高放電比容量：新材料的放電比容量較高，達(dá)到250毫安時每克，超過了目前使用的高鎳正極材料。在相同的重量或體積下，新材料的電池能夠存儲更多的電能。不僅能夠讓電池在不頻繁充電的情況下持續(xù)運(yùn)行更長時間，提高續(xù)航能力；而且減小電池的體積，有助于設(shè)計更緊湊的設(shè)備。
3. 低體積變化：在充放電過程中，新材料的體積變化僅為1.2%，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)材料（層狀氧化物正極材料）的50%。這種微小的體積變化有助于維持電池結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而延長電池的使用壽命。
4. 高能量密度：使用這種新材料的全固態(tài)鋰電池，其能量密度達(dá)到390瓦時每千克，是目前所報道長循環(huán)全固態(tài)鋰電池的1.3倍。
5. 長使用壽命：使用該材料的全固態(tài)鋰電池可以實現(xiàn)大于10000圈的超長循環(huán)，電池在經(jīng)過5000次循環(huán)充電后，仍能保持80%的初始容量。能夠更長時間提供更充足的電量。
這項研究對開發(fā)高能量密度、長使用壽命的儲能設(shè)備，為新能源汽車、儲能電網(wǎng)、深海深空裝備等提供安全、耐久的動力源提供了技術(shù)支撐，對開發(fā)新型儲能體系等具有重要意義。
（總臺央視記者 帥俊全 李仲博）
