固态电池迎突破续航与安全兼得

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2025-10-10 11:02:08 时评人李文君

固态电池迎突破续航与安全兼得！日常生活中，我们常常在电池的续航能力和安全性之间做出取舍。手机电量不足、电动车续航里程焦虑以及电子设备偶尔起火等问题，都反映了传统电池技术已经接近性能极限。

最近，清华大学化工系张强教授的研究团队设计出一种特殊的含氟聚醚电解质，成功解决了固态电池研发中的两个关键问题。基于这种新材料制备的8.96安时软包电池，能量密度达到604Wh/kg，并且在充满电的情况下通过了针刺实验和120摄氏度高温环境的考验，没有发生燃烧或爆炸。

现代科技设备如电动汽车、智能手机、无人机和智能机器人等，都面临电池技术进展缓慢的问题。目前市面上常见的液态锂电池性能逐渐触顶，例如电动汽车使用的磷酸铁锂电芯能量密度多在150-190Wh/kg区间，三元锂电芯也只能达到240-320Wh/kg。这样的能量密度限制了电动车的续航能力。为了增加续航，厂家要么堆砌更多电池导致车辆变重、成本上升，要么在安全性能上妥协，带来潜在风险。

液态锂电池的安全性令人担忧。当电池受到挤压、撞击或温度过高时，内部液态电解液容易泄漏、燃烧甚至引发爆炸。新闻中偶尔出现的电动车自燃、手机电池起火等事故，大多与此有关。

固态电池被认为是下一代储能技术的重要发展方向。它用固态材料取代液态电解液，理论上既能提供更高的能量密度，又具备更好的安全性能。然而，固态电池从实验室走向市场的道路并不平坦，主要障碍是“界面问题”和电压兼容性问题。

固态电池内部全是固体材料，固体与固体之间的接触不可能像液体那样紧密贴合，这导致离子传输效率低下。此外，电池工作时正极处于高电压状态而负极电压极低，电解质材料必须在这种环境中保持稳定。常见的聚醚类电解质材料遇到4.0V以上的电压就会开始分解，导致电池性能下降。

面对这些难题，清华大学的研究团队提出了一种名为“富阴离子溶剂化结构”的全新设计理念。他们研制出的新型含氟聚醚电解质，通过热引发原位聚合过程显著改善了固态界面之间的物理接触和离子传输效率。研究人员在聚醚电解质中加入了具有强吸电子特性的含氟基团，大幅提高了材料抵抗高电压的能力，使其能够与4.7V的高电压富锂锰基正极材料匹配。

使用新型电解质组装的富锂锰基聚合物电池表现出一系列优异性能：首次循环库仑效率达91.8%，正极比容量为290.3mAh/g，在0.5C充放电速率下经过500次循环后，容量仍保持初始值的72.1%。8.96Ah的软包全电池在仅施加1MPa外部压力的情况下，能量密度达到604Wh/kg，相当于目前市场上主流动力电池能量密度的两到四倍。这意味着如果电动汽车采用这种电池，在电池重量不变的情况下，续航里程可以实现数倍增长。

安全性能同样出色：充满电的电池成功通过了针刺测试和120摄氏度热箱安全评估，没有出现燃烧或爆炸情况。这两项测试模拟了电池内部短路的最恶劣场景，新型固态电池成功经受住了这一严峻考验。

这项突破性研究为开发实用化的高安全、高能量密度固态锂电池开辟了新路径，提供了重要的技术支撑。清华大学在固态电池领域取得的进展，不仅推动了电池技术的进步，更为未来能源利用更加高效、安全奠定了基础。固态电池的商业化应用将深刻改变我们的生活方式，推动电动交通、智能设备和人工智能等产业的快速发展。

固态电池迎突破续航与安全兼得！

(责任编辑：0882)

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