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全固态锂电池研发取得系统性突破！
2026年06月04日 11:24:12
来源：化工仪器网 作者：羊舌木 点击量：176
中国科学院化学研究所研究团队建成了国内第一套电池原位充放电X射线光电子能谱系统和首个针对全固态电池的飞行时间二次离子质谱原位表征平台。
电化学储能技术不仅关乎国家能源安全，也决定着新能源产业的升级迭代，具有极高的战略价值和巨大的发展潜力。当前，液态锂离子电池作为储能领域的中坚力量，面临能量密度已接近理论极限、有机电解液存在安全隐患两大瓶颈。
以固体电解质替代有机电解液的全固态锂电池，有望打破这一困局。2022年，由中国科学院与财政部联合发起的"稳定支持基础研究领域青年团队计划"将"比能量倍增的全固态金属锂电池"纳入年度科学问题清单。"比能量"即能量密度，"比能量倍增"意味着同等重量或体积下，电池的储电能力提升一倍以上。
中国科学院化学研究所研究员郭玉国带领的青年团队成功"揭榜"。郭玉国早在2004年至2007年于德国马克斯·普朗克学会从事博士后研究期间，便敏锐察觉到全球能源格局的深刻变化，认识到电化学储能技术的重要战略意义。2007年回国后，他在化学所牵头组建团队，研究方向精准锁定具备完全自主知识产权的锂离子电池及下一代全固态电化学储能前沿技术。
此后十余年，团队提出"纳米三维导电网络"结构电极材料设计原理，发现"纳米限域"电化学储能效应，提出原位固态化技术，研制出非对称多层结构复合固体电解质膜材料。然而，全固态电池领域最大的"拦路虎"——固-固界面接触与离子电导相关问题一直未能解决。
"在充放电循环中，电极材料的体积膨胀与收缩持续撕裂界面，导致接触不断劣化。锂金属负极与固体电解质之间的界面易生成孔洞，且随循环进行而逐渐扩大，最终引发界面接触失效和性能快速衰减。"化学所研究员辛森解释说。
2022年，郭玉国看到清单上的课题后立即申报。经过多轮遴选，团队凭借多年深耕及跨学科人才优势脱颖而出。在中国科学院主管部门支持协调下，团队集聚化学所、中国科学院物理研究所、长春应用化学研究所、大连化学物理研究所等多家单位优质科研力量，由郭玉国"挂帅"，组建起一支平均年龄不超过36岁的高层次跨学科交叉研究队伍。
"仅是摸索最基本的电池组装工艺，团队就花了整整几个月时间，才初步建立起可重复的实验工艺流程。"化学所副研究员孟庆海回忆道。无数次实验后，化学所副研究员张娟在一次偶然的数据分析中发现，可以通过极其精妙的结构调控，让界面保持一种"共形"状态，"在这个状态下，电极和固体电解质不再是'敌人'，而是产生了深度的相互作用。"
"青年团队计划"面向深耕基础研究的青年科研团队，提供为期5年、持续稳定的强力扶持，容许试错与失败。得益于此，团队成功创制多机制协同的复合正/负材料，基于高通量计算研制出新型固态电解质，并搭建原位表征平台，实现了对电极-电解质界面的"实时CT"扫描。
团队还建成了国内第一套电池原位充放电X射线光电子能谱系统和首个针对全固态电池的飞行时间二次离子质谱原位表征平台。化学所拥有的400/600兆固体核磁、600兆动态核极化固体核磁等高端设备，将原本需要数周甚至数月的微观结构解析压缩到几天。
2024年，团队获批中国科学院基础与交叉前沿科研先导专项。目前，团队开发的高容量硅基负极材料已实现千吨级产能，产品性能处于国际先进水平，并成功应用于电池领域头部企业。
"全固态锂电池一旦研制成功，不仅能实现安全性的质的飞跃，更有望使能量密度翻倍。这将是储能领域的一场革命，有望为国家能源安全和相关产业发展提供重要技术支撑。"郭玉国说。
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