固態(tài)電池迎突破 續(xù)航與安全兼得！日常生活中，我們常常在電池的續(xù)航能力和安全性之間做出取舍。手機電量不足、電動車續(xù)航里程焦慮以及電子設備偶爾起火等問題，都反映了傳統(tǒng)電池技術已經(jīng)接近性能極限。

最近，清華大學化工系張強教授的研究團隊設計出一種特殊的含氟聚醚電解質，成功解決了固態(tài)電池研發(fā)中的兩個關鍵問題?；谶@種新材料制備的8.96安時軟包電池，能量密度達到604Wh/kg，并且在充滿電的情況下通過了針刺實驗和120攝氏度高溫環(huán)境的考驗，沒有發(fā)生燃燒或爆炸。

現(xiàn)代科技設備如電動汽車、智能手機、無人機和智能機器人等，都面臨電池技術進展緩慢的問題。目前市面上常見的液態(tài)鋰電池性能逐漸觸頂，例如電動汽車使用的磷酸鐵鋰電芯能量密度多在150-190Wh/kg區(qū)間，三元鋰電芯也只能達到240-320Wh/kg。這樣的能量密度限制了電動車的續(xù)航能力。為了增加續(xù)航，廠家要么堆砌更多電池導致車輛變重、成本上升，要么在安全性能上妥協(xié)，帶來潛在風險。

液態(tài)鋰電池的安全性令人擔憂。當電池受到擠壓、撞擊或溫度過高時，內部液態(tài)電解液容易泄漏、燃燒甚至引發(fā)爆炸。新聞中偶爾出現(xiàn)的電動車自燃、手機電池起火等事故，大多與此有關。

固態(tài)電池被認為是下一代儲能技術的重要發(fā)展方向。它用固態(tài)材料取代液態(tài)電解液，理論上既能提供更高的能量密度，又具備更好的安全性能。然而，固態(tài)電池從實驗室走向市場的道路并不平坦，主要障礙是“界面問題”和電壓兼容性問題。

固態(tài)電池內部全是固體材料，固體與固體之間的接觸不可能像液體那樣緊密貼合，這導致離子傳輸效率低下。此外，電池工作時正極處于高電壓狀態(tài)而負極電壓極低，電解質材料必須在這種環(huán)境中保持穩(wěn)定。常見的聚醚類電解質材料遇到4.0V以上的電壓就會開始分解，導致電池性能下降。

面對這些難題，清華大學的研究團隊提出了一種名為“富陰離子溶劑化結構”的全新設計理念。他們研制出的新型含氟聚醚電解質，通過熱引發(fā)原位聚合過程顯著改善了固態(tài)界面之間的物理接觸和離子傳輸效率。研究人員在聚醚電解質中加入了具有強吸電子特性的含氟基團，大幅提高了材料抵抗高電壓的能力，使其能夠與4.7V的高電壓富鋰錳基正極材料匹配。

使用新型電解質組裝的富鋰錳基聚合物電池表現(xiàn)出一系列優(yōu)異性能：首次循環(huán)庫侖效率達91.8%，正極比容量為290.3mAh/g，在0.5C充放電速率下經(jīng)過500次循環(huán)后，容量仍保持初始值的72.1%。8.96Ah的軟包全電池在僅施加1MPa外部壓力的情況下，能量密度達到604Wh/kg，相當于目前市場上主流動力電池能量密度的兩到四倍。這意味著如果電動汽車采用這種電池，在電池重量不變的情況下，續(xù)航里程可以實現(xiàn)數(shù)倍增長。

安全性能同樣出色：充滿電的電池成功通過了針刺測試和120攝氏度熱箱安全評估，沒有出現(xiàn)燃燒或爆炸情況。這兩項測試模擬了電池內部短路的最惡劣場景，新型固態(tài)電池成功經(jīng)受住了這一嚴峻考驗。

這項突破性研究為開發(fā)實用化的高安全、高能量密度固態(tài)鋰電池開辟了新路徑，提供了重要的技術支撐。清華大學在固態(tài)電池領域取得的進展，不僅推動了電池技術的進步，更為未來能源利用更加高效、安全奠定了基礎。固態(tài)電池的商業(yè)化應用將深刻改變我們的生活方式，推動電動交通、智能設備和人工智能等產業(yè)的快速發(fā)展。

固態(tài)電池迎突破 續(xù)航與安全兼得！