本報訊 (記者於忠寧)隨著電動汽車與儲能電站的發展,鋰金屬電池雖有望突破500Wh/kg的能量密度極限,卻面臨嚴峻的安全挑戰。高鎳正極在200℃時即分解釋放氧氣,金屬鋰負極與電解液反應生成氫氣、甲烷等可燃氣體,正負極氣體在密閉空間相遇易觸發劇烈反應,導致電池熱失控甚至爆炸。因此,開發兼顧高能量與高安全的電池技術成為行業的迫切需求。 近日,中國科學院化學研究所研究員白春禮、郭玉國與副研究員張瑩,基於前期電池熱安全機制和聚合物電解質設計的研究成果,提出「阻燃界面用於智能氣體管理」設計策略。該團隊在正極內部構建阻燃界面(FRI),通過溫度響應機制實現雙重防護:當電芯溫度升至100℃時,FRIs釋放含磷自由基並遷移至負極表面,猝滅電解液熱解產生的H·、CH·等活性基團,使可燃氣體生成量下降63%,同時抑制正極49%的氧氣釋放,從源頭切斷爆炸反應鏈。 進一步,在熱濫用測試中,研究實現0.6Ah鋰金屬軟包電芯零爆炸。在0.6Ah鋰金屬軟包電芯的熱安全測試中,該策略展現出優異的防護效果:熱失控峰值溫度從1038℃降至220℃,實現電芯零熱失控。氣相色譜-質譜分析證實,電芯內部整體產氣量減少63%,其中可燃氣體佔比由62%降至19%,緩解了電池內部壓力積聚,並降低了電池爆炸風險。 上述研究為開發高比能、高安全的電池技術提供了新思路。
本報北京8月9日電(記者張曉華)近日,中核集團中國原子能科學研究院攜手清華大學深圳國際研究生院,依託中國先進研究堆,利用中子深度剖面分析技術,精準揭示全固態鋰電池傳統單層正極的關鍵缺陷。相關研究首次通過實驗直接觀測並定量證實顯著的縱向鋰濃度梯度,在電極厚度方向上實現鋰濃度的均勻分布,為梯度電極核心設計工作提供了有力的實驗依據,對推動全固態鋰電池基礎科學認知及其工程化應用具有重要意義。相關研究成果發表於國際學術期刊《能源與環境科學》。 被譽為「下一代能源革命」技術的全固態鋰電池,從根本上杜絕了傳統鋰電池可能出現的洩露、起火等風險,安全性顯著提升,但其商業化應用仍面臨諸多「攔路虎」,比如循環穩定性和能量密度提升等。要解決上述問題,需深入理解電極內部反應機制。過去,鋰元素的「可視化」檢測一直是行業痛點,成為制約全固態鋰電池性能提升的關鍵環節。 來自中核集團中國原子能科學研究院的專家介紹,作為一種先進的核分析技術,中子深度剖面分析技術是中子活化分析技術的分支,可以利用中子束「透視」材料內部,就像做一次無損的「CT掃描」。中子對鋰元素等輕元素極其敏感,整個「掃描」過程具有高靈敏、高分辨、無損等特點,在開展對空氣/水分敏感的電池材料研究時,中子深度剖面分析技術具有無可比擬的優勢——它能追蹤鋰離子在電池充放電時的傳輸過程,就像裝上「透視鋰分布的慧眼」,為優化電池設計、提升電池性能提供精準「導航」。 作者:本報記者 張曉華《光明日報》( 2025年08月10日 04版)
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