金属所自主开发一体化聚合物新材料 破解固态锂电池界面难题

1月23日，记者从中国科学院金属研究所（以下简称金属所）了解到，金属所科研团队开发出一体化聚合物，破解了固态锂电池“界面接触不良”关键瓶颈，为提升固态电池性能提供了全新方案。

金属所研究员李峰做了一个形象的比喻，锂电池充放电全靠锂离子在正负极之间往返跑，如果把电池想象成一座“能量城市”，锂离子就是“通勤的人流”，固态电解质就是运输锂离子的“高速公路”，电极则是锂离子要抵达的“工作区”。电极与电解质之间接触的区域，业内称为界面。在一般固态锂电池中，由于界面接触不良、存在一定“缝隙”，导致锂离子经常拥堵在“高速公路”上，不能顺利抵达“工作区”，电池的工作效率随之降低，严重制约其实际应用。

面对这个界面难题，金属所科研团队没有停留在原有技术路径上修修补补，而是从基础材料的分子设计上寻求更本质的突破。

李峰介绍，金属所科研团队提出了一体化聚合物材料概念，利用分子尺度的共价键，将“负责离子传导的电解质”和“负责离子储存的电极”，两个功能单元有机组装在一起，让材料同时具备“传得快”和“存得多”的能力。锂离子不需要跨越复杂的界面，就能更顺畅地在电极内部快速迁移，参加电化学反应，使得电池在能量输出和循环稳定性上更具优势。基于这种聚合物材料构建的一体化柔性电池不但储电能力提升86%，同时表现出优异的抗弯折性能，可承受2万次反复弯折而不影响性能。

李峰认为，便携类电子产品是一体化聚合物新材料锂离子电池非常重要的应用场景。这种一体化柔性电池因具有一定变形能力，能够折叠起来更方便使用。“还有一个其实大家很可能忽略的场景，那就是做脑机接口或者人体里面用的电池，它能够根据我们器官变形来供电。”

据介绍，科研团队瞄准多种高性能固态电解质进行开发，成果有望服务于动力电池、大规模储能以及低空经济装备、人形机器人等对安全性和耐久性要求更高的场景，为固态电池产业化提供可靠的材料方案与平台支撑。