新型锂电池材料电池中科院研制出新型锂电池，可在极端温度下正常使用，已经开始量产|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

中科院研制出新型锂电池，可在极端温度下正常使用，已经开始量产

提到新能源车，大家最为关心的其实就是电池了，因为电动汽车充电可不像燃油车，几分钟就完事，并且到了冬天，气温较低的时候，电动汽车的续航里程又会大打折扣，所以虽然马路上的新能源车越来越多，但是行业里也还在努力的研发电池方面的技术，希望可以在充电时间、续航里程等方面能取得进一步的突破。

这不好消息来了，近日，中科院宣布研制出一款新型的锂电池，不仅可以在较低的温度下使用，还有效地提升了充电效率，那么今天我们就来聊聊这个事儿。

5月25日，中科院深圳先进技术研究院在官网正式宣布，唐永炳研究员团队研发出一项新型锂离子电池技术。

该技术最大的特点在于，电池能够在-70℃到80℃的温度范围内正常使用，适应环境温差“横跨”150℃。

大家都知道，我们国家幅员辽阔，所以气温随着地域和季节的不同变化很大，例如北方地区冬季的气温甚至可以达到-40℃以下，而南方地区夏季最高气温能达到50℃以上，这就导致了使用锂电池的设备在冬季出现无法开启的情况，例如电动汽车无法启动、手机自动关机，或者在夏天因为温度高而增加自然的风险等等。

而这种新型的锂离子电池技术，做到了低温、高温同时兼顾，不仅在民用领域，在工业、通信、科研、军事、救援等领域，都具有非常好的应用前景，可以在极端环境下，尽量保证设备的正常运行，例如光伏储能、家庭储能、通讯基站储能、轨道交通、国防建设、航天航空、极地科考等需要长时间运行或者在高寒或热带地区使用的场景。

当下，电池的正极材料相关技术已接近“天花板”，想要进一步提升电池的性能，需要从负极材料和电解液上寻找突新的破点。

所以，研究团队开发出了一种新型铝基复合负极材料，通过与商用锂离子电池正极材料匹配，针对不同应用场景，成功开发出了新型锰酸锂、磷酸铁锂和三元电池等产品。

这些新型的锂电池产品具有三个方面的特点：

1、安全性

常规锂电池在使用过程中，其内部会产生锂枝晶，这种物质不仅会影响充电能力，还可能刺穿隔膜，带来电池短路等安全隐患。而铝基负极可以有效缓解锂枝晶的产生，进而提高了安全性。

2、续航性能

铝基负极材料具有较高的理论容量，使得电池能量密度比传统的锂离子电池提升了13%～25%。

3、充电效率

铝基复合负极具有优异的导电性能，所以展示出了优异的快充性能，20分钟即可充满，大大提高了充电效率。

4、成本

基于铝基复合负极的性能优势，并结合开发出的高性能电解液，低温电池产品摆脱了对价格昂贵的纳米级正极材料的依赖，使得电池成本降低了10%-30%。

可见，基于铝基复合负极材料的新型锂电池，具有多方面的优势。

但最重要的是，锂电池相关产品，已经完成了电动车使用场景下的规模化量产，从实验室真正走向了市场。

当然，这项技术的相关研究成果，也已经发表在多个世界著名的学术期刊上，累计高水平论文达到了90余篇。并且，对此，国际储能材料及电化学著名权威专家、美国德克萨斯大学奥斯汀分校阿鲁木甘·曼提拉姆教授评价道，该成果首次提出了双功能铝基负极的概念，匹配商业化正极如钴酸锂、磷酸铁锂、三元材料等，电池表现出优异的长循环稳定性，使得铝基电池具有巨大的应用潜力。

可见技术的权威性。

另外，在知识产权方面，也做了全面的部署，目前已经形成了180余项包括PCT专利、中国发明专利、美欧日韩专利在内的专利池。这些对于后期大面积走向市场，起到了有效的保障作用。

总之，新能源的时代已经到来，我们需要在电池这个领域取得更多的技术积累和突破。因为并不是每一项实验室的研究成果，每一篇学术期刊上的论文，都能走向市场、变成商业化的产品，但不能因为无法做到成果转化，就不去搞科研了，这个逻辑是不对的，希望大家要明白。

所以，也让我们期待，这项新型锂电池技术以及其他的科研成果，都能够更早更快地取得更大范围的应用。

好了，今天咱们就聊到这儿，大家有什么想法可以在评论区留言，一起参与讨论。记得关注我，我是老万，谢谢大家，明天我们不见不散。

新型固态锂电池面世，兼具快充能力，有望用于手机和汽车等

研究人员发现，尽管全固态锂金属电池有望实现较高的能量密度、以及快速充电能力，但是高压氧化物正极与固体电解质（SSE，solid state electrolyte）之间的界面不稳定性，以及锂金属负极与固体电解质界面处的锂枝晶生长，制约了这一目标的实现。

在近期一项工作中，美国马里兰大学王春生团队从这两个关键的制约因素出发，通过合理的界面设计方案，打造了具备较高能量密度的全固态锂金属电池，并成功实现了快速充电的能力。

电池的高能量密度和快充能力，是当前电子产品和电动汽车等的设备普遍需求，因此该成果有可能用于手机、电动汽车、电脑等领域。

该课题组前期的研究[1]发现临界相间过电位是衡量固体电解质界面（SEI，solid–electrolyte interphase）抑制锂枝晶生长能力的关键因素。

为了实现界面较高的锂枝晶抑制能力，就得让锂枝晶生长的驱动力，低于固体电解质界面本征的锂枝晶抑制能力。

因此，要实现高容量以及大倍率下的充放电，对于 Li/ 固体电解质界面来说，必须为其设计一个界面，以便可以同时提高锂枝晶抑制能力，以及降低锂枝晶生长的驱动力。

在高容量以及大倍率下，电池充放电的稳定性也与正极有关。对于液态锂离子电池来说，已经有大量研究证明元素 F 能在很大程度上保持 NMC811 正极的稳定性。

后来，他们选择四氟硼酸锂作为 NMC811 表面的包覆层。通过将一部分 F 从 NMC811 表面电化学迁移到 NMC811 体相，让 NMC811/Li6PS5Cl 界面、以及 NMC811 体相实现了较好的稳定性。

而要想通过界面层来降低锂枝晶生长的驱动力，就得实现 Li/ 固体电解质之间各个界面的紧密接触。以人工方式加入界面层时，会存在接触不均匀的问题。而在电化学反应过程中，原位生成的界面则能实现各个界面之间的紧密接触。

通过筛选各种金属材料，他们发现镁能同时与 Li6PS5Cl 和锂反应，而生成的 LiMgSx 以及 LiMg，可以起到粘结剂的作用，从而实现 Li6PS5Cl/ 锂化铋以及锂/锂化铋界面之间的紧密接触。

另外，通过提高金属锂与界面层的接触，可以进一步降低界面阻抗，从而进一步降低锂枝晶生长的驱动力。要想实现这一目标，通过设计多孔界面层即可实现。

而在多孔界面层中，要想进一步降低锂沉积的过电位，并使锂沉积在锂和多孔界面层之间，就要求多孔界面层具有较高的离子/电子电导率比。通过筛选各个材料，他们发现锂化铋的确能够满足这些条件。

同时，他们发现镁在锂沉积过程中会向锂负极侧迁移，这样一来就能原位得到锂化铋多孔界面层。于是，课题组使用 Mg16Bi84 作为锂/固体电解质之间的界面层。

虽然实验结果显示镁可以原位迁移，同时 Mg16Bi84 界面层具有较高的抑制锂枝晶的能力。但是，他们仍然不清楚镁迁移的内在原因。

后来，课题组通过大量表征、实验和计算，确定了相关机理。即镁的迁移主要依赖于以下几个原因：

其一，镁能和 Li+ 能形成（LiMgx）+；

其二，镁能和锂形成固溶体；

其三，在锂化铋之中，（LiMgx）+ 的迁移能垒较低，而 Mg16Bi84 界面层具有较高的抑制锂枝晶的能力。

凭借这几方面优势，让 Mg16Bi84 界面层能够有效地防止锂枝晶的生长，并能在大容量和大倍率之下，实现锂金属高度可逆的沉积和脱出。

总的来说，本次工作通过采用价格低廉的 Mg16Bi84 界面层，既让全固态锂金属电池拥有了较高的能量密度，也让其实现了快充能力。

图 | 相关论文（来源：Nature）

日前，相关论文以《全固态锂电池界面设计》（Interface design for all-solid-state lithium batteries）为题发在 Nature[2]，马里兰大学万红利博士是第一作者，王春生教授担任通讯作者。

图 | 万红利（来源：万红利）

基于这款电池的设计原理，他们正在研究新的界面层，以便进一步地降低成本。另据悉，万红利目前在该课题组从事博士后研究，未来即将回国进行后续科研工作。

参考资料：

1.Nature Energy, 2023, 8，473-481

2.Wan, H., Wang, Z., Zhang, W.et al. Interface design for all-solid-state lithium batteries. Nature 623, 739–744 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06653-w

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