作為實現雙碳目標的重要一環，新能源汽車為我國年均碳排放總量的減少貢獻了巨大力量。而對於電動汽車來說，其發展的一大侷限就是電池。當前，主流的電池技術是磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池。與它們相比，全固態電池更加安全，且能實現小型化，被視為純電動汽車電池的首選。近日，

大連理工大學

研究團隊就在高能量、高安全性固態電池領域取得了新突破，

相關成果發表於Science子刊Science Advances

。

發展高效能電池技術是我國能源結構轉型升級、實現“碳中和、碳達峰”目標的必由之路。國際能源署於2021年9月釋出的《中國能源體系碳中和路線圖》顯示，

中國擁有著全球70%的電動汽車電池產能

。但當前廣泛使用的鋰離子電池不僅能量密度難如人意，三元正極與易燃電解液的副反應更使其安全性雪上加霜，嚴重威脅了鋰電池生產、儲存、應用、回收整個產業鏈。

由於傳統的鋰離子電池已經不能滿足先進技術的標準，全固態鋰電池已經成為材料科學和工程領域的新熱潮。近年興起的金屬鋰電池在實現500 Wh kg-1高比能電池目標方面極具潛力，但在易燃有機電解液中應用高活性金屬鋰負極使其安全風險更加嚴峻。水系電池、固態鋰離子電池等安全性進步長足，但水系電解質電化學穩定性差、高容量正極匱乏等問題極大限制了此類電池的能量密度。

基於硫化鋰正極與矽負極的全固態鋰二次電池示意圖

針對現有電池技術安全性與能量密度“魚與熊掌不能兼得”的瓶頸，

大連理工大學精細化工國家重點實驗室、化工學院王治宇教授以及邱介山教授

將硫化鋰正極與矽負極之間本質安全的多電子氧化還原反應與高可靠性的固態電池設計融合，發展了一類比能量520 Wh kg

-1

以上、兼具高安全性的全固態鋰二次電池新體系。基於這一電池化學的軟包電池

在過熱、內/外短路、機械損傷、過充及水/氧侵蝕等極端條件下仍可正常充放電

；

500小時無自放電，並可在-20至80℃的寬溫區內工作

，具有良好的環境適應性。聯用原位X射線衍射、原位紫外-可見光譜、原位阻抗等先進譜學手段揭示了聚合物固態電解質中的多硫化物介導氧化還原反應機制與多硫化物穿梭抑制效應，發展了利用多級奈米反應器增強固態電解質中硫化鋰正極反應活性、提升矽負極結構穩定性的高效策略。

基於硫化鋰正極與矽負極的全固態軟包電池安全性評價：（A）過熱、（B，C）內、外部短路、（D，E）過充、（F，G）空氣中穿刺剪下後充放電、（H，I）剪下浸水後充放電

此項工作

為跨越現有電池技術安全性與能量密度之間的巨大鴻溝，發展高能量、高安全性、高環境適應性的“三高”電池技術開闢了新的方向

，在載人交通工具、空間技術、植入醫療、軍事國防等對儲能技術安全性、可靠性需求突出的領域尤具應用前景。

王治宇教授（左）、邱介山教授（右）

近期，Science子刊Science Advances以“A Li2S-based all-solid-state battery with high energy and superior safety”為題報道了這一類兼具高能量和高安全性的新型全固態可充電鋰電池。文章第一作者為精細化工國家重點實驗室、化工學院博士研究生劉鈺昭，通訊作者為精細化工國家重點實驗室、化工學院王治宇、邱介山教授。此項研究工作得到了國家自然科學基金會、遼寧省科技廳、大連市科技局、大連理工大學的共同資助支援。

拓展閱讀：

大連理工大學化工學院

是我國高階化工人才培養的搖籃，精細化工國家重點實驗室是我國化工領域

唯一的優秀國家重點實驗室

，化學和工程學兩個學科為

國家“雙一流”建設重點學科

。學院

所有本科專業均獲批國家一流本科專業建設點

。學院科學研究和人才培養已從傳統化工優勢領域，拓展到智慧分子工程、先進材料、新能源、智慧過程裝備、生命健康等高新技術領域，取得了令人矚目的成就。學院以學科交叉為特色，引領行業科技創新，致力解決能源、材料、資訊、環境、健康等領域卡脖子難題，屢次獲得國家自然科學獎、技術發明獎和科技進步獎。