導(dǎo)讀：中國(guó)成功研發(fā)首款超高密度固態(tài)電池，續(xù)航翻4倍，外媒：換道超車(chē)

一臺(tái)配備新型固態(tài)電池的測(cè)試設(shè)備，于滿電狀態(tài)時(shí)被鋼針刺穿。此時(shí)，電池外殼僅微微發(fā)熱，卻未濺出一絲火星；緊接著，將其置于120攝氏度的高溫箱中靜置數(shù)小時(shí)，取出后竟仍可正常供電。這并非實(shí)驗(yàn)室里的理想場(chǎng)景，而是清華大學(xué)張強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)所研發(fā)的固態(tài)電池交出的一份堪稱(chēng)完美的“安全答卷”！

近日，這支卓越的中國(guó)科研團(tuán)隊(duì)于《自然》期刊上公布了一項(xiàng)重大突破：基于新型“含氟聚醚”電解質(zhì)制備而成的8.96安時(shí)軟包電池，其能量密度高達(dá)604Wh/kg。這一數(shù)值，不僅是當(dāng)前主流三元鋰電池（240 - 320Wh/kg）能量密度的兩倍有余，更在最為嚴(yán)苛的測(cè)試中達(dá)成了“零事故”的優(yōu)異成績(jī)。

這一科研成果，直接破除了固態(tài)電池領(lǐng)域長(zhǎng)期以來(lái)存在的“高能量與高安全不可兼得”的魔咒，同時(shí)也讓全球科研界真切地看到了中國(guó)在下一代儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)跑潛力。

01 604Wh/kg顛覆認(rèn)知！清華團(tuán)隊(duì)破解固態(tài)電池難題

首先我們來(lái)探討一下什么是604Wh/kg的能量密度。倘若把當(dāng)前主流電動(dòng)車(chē)所使用的電池比作“普通行李箱”，那么清華的這款固態(tài)電池?zé)o疑就是“大容量登機(jī)箱”。在同等重量的情況下，它能夠容納兩倍有余的電量！

“液態(tài)鋰電池的性能天花板早已清晰顯現(xiàn)。”行業(yè)專(zhuān)家坦率直言。目前，磷酸鐵鋰電芯的能量密度最高不過(guò)190Wh/kg，三元鋰電芯也難以超越320Wh/kg。為了提升續(xù)航能力，車(chē)企往往陷入兩難境地，要么堆砌電池從而增加車(chē)輛重量，要么犧牲安全保障降低防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)?！半妱?dòng)車(chē)自燃、手機(jī)電池鼓包這類(lèi)新聞事件，其根源皆在于液態(tài)電解液的不穩(wěn)定性?！?/p>

而清華大學(xué)團(tuán)隊(duì)取得的這一突破，恰恰精準(zhǔn)地抓住了固態(tài)電池發(fā)展的“命門(mén)”。以往，固態(tài)電池面臨的最大難題當(dāng)屬“界面問(wèn)題”：固體電極與固體電解質(zhì)之間接觸不夠緊密，恰似兩塊疊放的玻璃，表面看似貼合，實(shí)際上僅有少數(shù)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)接觸，這就導(dǎo)致離子傳輸效率極為低下。與此同時(shí)，普通聚醚電解質(zhì)在遇到4.0V以上的高電壓時(shí)便會(huì)分解，根本無(wú)法適配高容量正極材料。

面對(duì)這一世界性難題，該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了“富陰離子溶劑化結(jié)構(gòu)”新思路，并憑借“三板斧”實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵突破：其一，研發(fā)含氟聚醚電解質(zhì)，借助熱引發(fā)原位聚合的方式，使電解質(zhì)與電極實(shí)現(xiàn)“無(wú)縫貼合”，進(jìn)而提升離子傳輸效率；其二，加入強(qiáng)吸電子含氟基團(tuán)，讓電解質(zhì)能夠承受4.7V的高電壓，從而適配高容量富鋰錳基正極；其三，僅需1MPa的壓力便可維持穩(wěn)定性能，為量產(chǎn)掃除了障礙。

實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)疑更具說(shuō)服力：采用新型電解質(zhì)的電池，在8.96Ah軟包電池處于滿電狀態(tài)時(shí)，成功通過(guò)了針刺和120℃高溫測(cè)試，既未發(fā)生燃燒現(xiàn)象，也未出現(xiàn)爆炸情況。這兩項(xiàng)測(cè)試被業(yè)界稱(chēng)為電池安全的“終極考題”，很多液態(tài)電池甚至連其中一項(xiàng)都難以順利通過(guò)。

02全球固態(tài)電池競(jìng)速賽，中國(guó)科研實(shí)現(xiàn)“彎道超車(chē)”

在固態(tài)電池這一賽道之上，全球范圍內(nèi)早已拉開(kāi)了激烈的角逐帷幕。日本曾被公認(rèn)為該領(lǐng)域的“領(lǐng)跑者”，豐田、松下等企業(yè)在此布局多年，其專(zhuān)利數(shù)量一度占據(jù)全球的36%，甚至有日本媒體宣稱(chēng)“日本固態(tài)電池技術(shù)領(lǐng)先中國(guó)20年”。韓國(guó)同樣不甘落后，三星SDI、LG新能源紛紛公布固態(tài)電池量產(chǎn)計(jì)劃，試圖搶占下一代電池市場(chǎng)的先機(jī)。

然而，歷史總是在不斷的突破中被改寫(xiě)。就如同1998年，日本鋰電池市場(chǎng)占有率高達(dá)90%，但最終被中國(guó)和韓國(guó)依托產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)反超；2015年，韓國(guó)企業(yè)壟斷中國(guó)動(dòng)力電池市場(chǎng)，而寧德時(shí)代憑借技術(shù)迭代，僅用兩年時(shí)間便登頂全球。如今，中國(guó)在固態(tài)電池領(lǐng)域正實(shí)現(xiàn)“彎道超車(chē)”。中國(guó)企業(yè)憑借技術(shù)創(chuàng)新打破了歐美在該領(lǐng)域的壟斷，清華大學(xué)固態(tài)電池取得的突破也有力地證明：中國(guó)科研不僅具備追趕的能力，更能夠在關(guān)鍵領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)“換道超車(chē)”。

03重新定義電池技術(shù)，萬(wàn)億產(chǎn)業(yè)格局洗牌

清華固態(tài)電池的突破，不止是電池技術(shù)的進(jìn)步，更將引發(fā)一場(chǎng)“能源變革”，重塑多個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展軌跡。

在消費(fèi)電子領(lǐng)域，手機(jī)、筆記本電腦、無(wú)人機(jī)等設(shè)備將迎來(lái)“續(xù)航飛躍”。想象一下：智能手機(jī)充一次電用一周，無(wú)人機(jī)續(xù)航時(shí)間翻倍，戶(hù)外工作者無(wú)需攜帶多塊備用電池.....這些場(chǎng)景，都將因固態(tài)電池成為現(xiàn)實(shí)。

中信證券研究報(bào)告指出，固態(tài)電池技術(shù)突破將拉動(dòng)全球鋰資源需求，預(yù)計(jì)2030年鋰資源消耗量將達(dá) 55萬(wàn)噸，全球鋰產(chǎn)業(yè)格局將重新洗牌；同時(shí)，固態(tài)電池相關(guān)的電解質(zhì)、電極材料、生產(chǎn)設(shè)備等產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)，將誕生萬(wàn)億級(jí)市場(chǎng)規(guī)模。