固態(tài)電池快充與壽命可以兼得

電動車充電慢、冬天“趴窩”、安全隱患大……這些困擾電動出行的難題，迎來了突破性解決方案。近日，清華大學深圳國際研究生院康飛宇教授、賀艷兵教授團隊聯(lián)合天津大學楊全紅教授團隊，在固態(tài)電池領域取得重大突破，為固態(tài)鋰金屬電池構建出“外柔內剛”的梯度結構。如同為鋰金屬負極表面穿上“塑性鎧甲”，這項技術為解決長期困擾行業(yè)的固態(tài)電池界面失效問題提供了全新策略。相關研究成果近日在線發(fā)表于國際期刊《自然》。

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

每塊電池內部都有一層關鍵的“保護膜”，即固態(tài)電解質界面（SEI）。但在傳統(tǒng)固態(tài)電池中，這層膜雖然堅硬但很脆弱，一旦破裂，不僅會拖慢充電速度，更會導致短路等問題，使得固態(tài)電池難以實現(xiàn)低溫和大電流密度下的長壽命穩(wěn)定循環(huán)，在快充和低溫環(huán)境下電池壽命急劇縮短。

針對上述問題，科研團隊創(chuàng)新性地提出了“塑性富無機SEI”的設計理念，開發(fā)出兼具優(yōu)異機械性能、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。

實踐結果證明，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，鋰金屬對稱電池能夠穩(wěn)定循環(huán)超過4500小時；即使在-30℃的低溫環(huán)境中，對稱電池仍能在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小時以上。

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

【責任編輯:吳一凡】