固態(tài)電池快充與壽命可以兼得

電動(dòng)車(chē)充電慢、冬天“趴窩”、安全隱患大……這些困擾電動(dòng)出行的難題，迎來(lái)了突破性解決方案。近日，清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院康飛宇教授、賀艷兵教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合天津大學(xué)楊全紅教授團(tuán)隊(duì)，在固態(tài)電池領(lǐng)域取得重大突破，為固態(tài)鋰金屬電池構(gòu)建出“外柔內(nèi)剛”的梯度結(jié)構(gòu)。如同為鋰金屬負(fù)極表面穿上“塑性鎧甲”，這項(xiàng)技術(shù)為解決長(zhǎng)期困擾行業(yè)的固態(tài)電池界面失效問(wèn)題提供了全新策略。相關(guān)研究成果近日在線(xiàn)發(fā)表于國(guó)際期刊《自然》。

固態(tài)鋰金屬電池因其高能量密度和高安全性被譽(yù)為下一代動(dòng)力電池的發(fā)展方向，在電動(dòng)汽車(chē)和大規(guī)模儲(chǔ)能等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。盡管優(yōu)勢(shì)明顯，但固態(tài)電池在推廣應(yīng)用中仍面臨兩大難題：如何實(shí)現(xiàn)快速充電，又如何保證長(zhǎng)久的使用壽命？

每塊電池內(nèi)部都有一層關(guān)鍵的“保護(hù)膜”，即固態(tài)電解質(zhì)界面（SEI）。但在傳統(tǒng)固態(tài)電池中，這層膜雖然堅(jiān)硬但很脆弱，一旦破裂，不僅會(huì)拖慢充電速度，更會(huì)導(dǎo)致短路等問(wèn)題，使得固態(tài)電池難以實(shí)現(xiàn)低溫和大電流密度下的長(zhǎng)壽命穩(wěn)定循環(huán)，在快充和低溫環(huán)境下電池壽命急劇縮短。

針對(duì)上述問(wèn)題，科研團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了“塑性富無(wú)機(jī)SEI”的設(shè)計(jì)理念，開(kāi)發(fā)出兼具優(yōu)異機(jī)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(tài)電池在大電流密度下和低溫下的循環(huán)穩(wěn)定性。

實(shí)踐結(jié)果證明，穿上了“塑性鎧甲”的固態(tài)電池展現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能：在室溫以及15mA cm–2的電流密度和15mA h cm–2面積容量下，鋰金屬對(duì)稱(chēng)電池能夠穩(wěn)定循環(huán)超過(guò)4500小時(shí)；即使在-30℃的低溫環(huán)境中，對(duì)稱(chēng)電池仍能在5mA cm–2的電流密度和5mA h cm–2面積容量下穩(wěn)定循環(huán)7000小時(shí)以上。

科研團(tuán)隊(duì)表示，該成果為解決固態(tài)電池的界面失效問(wèn)題提供了全新策略，為新型界面層設(shè)計(jì)提供了重要理論依據(jù)，為實(shí)用化固態(tài)電池“快充”與“壽命”難以兼得的問(wèn)題找到了新的突破口。

【責(zé)任編輯:吳一凡】