全固态金属锂电池中国有重要突破 我国破解全固态金属锂电池界面接触难题

中国研究团队在全固态金属锂电池领域取得了重大突破,成功解决了制约该技术商业化应用的核心瓶颈——固态-固态界面接触问题。这一突破性进展由中国科学院物理研究所黄学杰研究员团队和华中科技大学、中国科学院宁波材料技术与工程研究所共同完成。相关研究成果于2025年10月7日在国际权威期刊《自然-可持续发展》上发表。

全固态金属锂电池因其安全性高、能量密度高而备受关注,被誉为下一代储能技术的“圣杯”。与传统的液态锂电池相比,全固态电池采用不可燃的固态电解质,从根本上消除了电解液泄漏、燃烧等安全隐患。同时,其能量密度理论上可以远远超过目前商用锂离子电池,有望实现电动汽车续航里程的倍增。然而,固态电解质与金属锂电极之间的固态-固态界面接触长期以来一直限制着其工业化进程。

传统技术依靠沉重的外部设备持续施加高压(相当于50个大气压),以保持界面稳定,不仅导致电池体积巨大,重量增加,而且无法完全消除电极和电解质之间的微小孔隙和裂缝。这些微观缺陷不仅会缩短电池寿命,还会导致锂枝晶生长,带来严重的安全隐患。研究团队开发的阴离子调节技术从根本上改变了这种困境。该技术的核心创新是在硫化物电解质中引入碘离子,利用电场作用将其迁移到电极界面,自发形成一个富碘接缝,可以吸收主要的锂接口。这个接口。这个接口可以吸收器具

经过实验测试,基于该技术的原型电池在标准测试条件下经过数百次循环充放电后性能保持稳定,其容量保持率和库仑的效率远远超过现有类似电池的水平。该技术不仅制造工艺更简单,材料更经济,而且可以显著提高电池的耐久性和安全性。特别重要的是,研究团队同时开发了拓扑强化负极技术,通过构建3D纤维锂硼骨架,将金属锂负极的体积变化率降低到纯金属锂的40%,并将耐压范围扩大到0-50兆帕。动态自适应界面与拓扑同步强化负极实用

美国马里兰大学教授、固态电池专家王春生对这项研究给予了高度评价,指出“这项研究解决了制约整个固态电池商业化的关键瓶颈问题,为实现实用化迈出了决定性的一步”。这项突破性技术预计将使电池能量密度超过500瓦时/公斤,电子设备的续航时间至少增加两倍,为电动汽车、电动航空等高端应用领域开辟新的可能性。

根据产业化前景,研究小组表示,该技术已获得中国发明专利授权,正在申请国际专利。从实验室成果到大规模生产应用,仍然面临着技术和设备研发的挑战。预计实现工程应用需要3到5年的时间。该技术不仅为全固态金属锂电池的实用性提供了关键支撑,也为下一代钠、钾等固态电池的设计提供了改变思路。

与此同时,中国科学院金属研究所的研究团队在固体锂电池界面技术方面也取得了重要进展。该团队开发了一种新型材料,通过聚合物分子设计在分子尺度上实现界面一体化,使复合正极能量密度提高86%,一体化柔性电池可承受2万次反复弯曲。这两个突破分别从两个关键瓶颈开始:电极接触和离子传输效率,标志着中国在全固体锂电池核心技术攻关方面取得了系统进展。

随着全球能源转型的加快,作为一个战略性的新兴产业,全固态锂电池正在迎来一个快速发展的时期。国内外企业纷纷布局,宁德时代、亿威锂能等企业推出了能量密度达到500瓦/kg的固态电池产品。研究机构的突破性成果与行业的积极布局形成共同努力,有望在未来三到五年内逐步推动全固态电池商业化应用,为人形机器人、电动航空、电动汽车等领域提供更安全、更高效的能源解决方案。