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近期，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所的科研團(tuán)隊(duì)近日在固態(tài)鋰電池領(lǐng)域取得了新突破，相關(guān)論文在線發(fā)表于國(guó)際權(quán)威期刊《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）。該工作針對(duì)“固-固界面阻抗大、離子傳輸效率低”這一困擾全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化的核心瓶頸，提出了一條全新的材料設(shè)計(jì)路線，并在實(shí)驗(yàn)室層面實(shí)現(xiàn)了性能驗(yàn)證。

當(dāng)前，固態(tài)鋰電池用固態(tài)電解質(zhì)替代易燃液態(tài)電解液，理論上可同時(shí)獲得更高能量密度和本征安全性，被視為下一代儲(chǔ)能技術(shù)。

然而電極與電解質(zhì)之間的固-固接觸面積小、界面副反應(yīng)多，導(dǎo)致界面阻抗高、離子流通效率低，直接拖累功率密度、循環(huán)壽命和低溫性能，成為商業(yè)化卡脖子環(huán)節(jié)。

中科院金屬研究所的科研團(tuán)隊(duì)利用聚合物分子可精準(zhǔn)剪裁的優(yōu)勢(shì)，在同一主鏈上一步法共價(jià)引入兩類功能基團(tuán)，一個(gè)是乙氧基（–CH?CH?O–）鏈段，構(gòu)建連續(xù)Li?傳輸通道，提高離子電導(dǎo)率；另一個(gè)是短硫鏈（–S–S–/–Sx–）單元，賦予材料電化學(xué)活性，實(shí)現(xiàn)可逆氧化還原儲(chǔ)能。

由此得到離子傳輸+離子存儲(chǔ)一體化的新型聚合物電解質(zhì)/電極界面材料，可在分子尺度上與氧化物正極或鋰金屬負(fù)極形成緊密、柔性且電化學(xué)穩(wěn)定的界面層，顯著降低界面阻抗。

這種新型方案不僅解決界面阻抗問(wèn)題，還實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)性能飛躍。例如基于該材料制備的柔性固態(tài)電池可承受20 000次180°反復(fù)彎折，容量幾乎無(wú)衰減；當(dāng)材料用作復(fù)合正極內(nèi)的聚合物電解質(zhì)時(shí)，正極活性材料占比提升，復(fù)合電極級(jí)能量密度提高約86%。

實(shí)驗(yàn)顯示界面電荷轉(zhuǎn)移阻抗降低一個(gè)數(shù)量級(jí)，0 ℃低溫容量保持率提升40%以上；安全性上，通過(guò)針刺、剪切、彎折等濫用測(cè)試，電池?zé)o泄漏、無(wú)熱失控。

技術(shù)價(jià)值上來(lái)說(shuō)，該方案首次實(shí)現(xiàn)“電極-電解質(zhì)界面”的分子級(jí)一體化設(shè)計(jì)，深化了科研界對(duì)“聚合物中離子傳輸與存儲(chǔ)機(jī)制”的認(rèn)知，為后續(xù)高性能儲(chǔ)能材料研發(fā)提供了可復(fù)制的設(shè)計(jì)范式。

從業(yè)內(nèi)同行來(lái)看，國(guó)際同行認(rèn)為該策略跳出了傳統(tǒng)陶瓷顆粒+粘結(jié)劑機(jī)械減小間隙的框架，把界面問(wèn)題前移到分子設(shè)計(jì)階段，具有范式意義。國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)界則指出，一旦放大工藝驗(yàn)證通過(guò)，有望直接應(yīng)用于可穿戴電子、無(wú)人機(jī)以及車用動(dòng)力電池的固態(tài)化升級(jí)。

當(dāng)前我國(guó)在聚合物、石榴石、鹵化物三大固態(tài)電解質(zhì)體系均有核心突破，有望主導(dǎo)全球固態(tài)電池技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定。

并且隨著新技術(shù)的不斷發(fā)布，未來(lái)對(duì)新能源汽車（提升續(xù)航、安全性）、儲(chǔ)能電站（延長(zhǎng)壽命、降低成本）、可穿戴設(shè)備（實(shí)現(xiàn)柔性化）等領(lǐng)域形成技術(shù)賦能，推動(dòng)我國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)向高端化升級(jí)。