固態電池極端環境性能瓶頸或有解

在電動汽車產業高速發展的當下，電池性能始終是制約行業升級的核心要素。近期，清華大學深圳國際研究生院與天津大學聯合研發了一種“柔性裝甲”涂層，為固態電池帶來了性能革新。該涂層可使電動汽車固態電池實現4500小時的長期穩定運行，即便在嚴寒等極端條件下也能保持優異表現，為固態電池的實用化進程注入關鍵動力。

電動汽車市場的爆發式增長，推動汽車制造商持續加大對電池技術的研發投入。多年來，固態電池憑借一系列突出優勢，被工程師們公認為電動汽車電池的未來方向。相較于傳統鋰離子電池，固態電池不僅儲能密度更高，能支撐更長續航里程，更以固態電解質替代了易燃液態電解質，從根源上降低了電池過熱和起火的安全隱患，同時還具備動力輸出更強、使用壽命更長的特性。這些優勢使其成為破解電動汽車續航焦慮、安全顧慮的理想解決方案，但受制于技術瓶頸，固態電池的規模化量產一直進展緩慢。

阻礙固態電池量產的核心難題在于極端工況下的性能穩定性。在快速充電過程中，電池內部會產生瞬時應力，而在嚴寒天氣等低溫環境下，鋰離子傳輸速度會顯著下降，不僅導致電池性能衰減，還容易引發鋰枝晶生長，在這些因素的共同作用下，固態電池極易出現內部裂紋，嚴重影響其使用安全性和壽命。即便科研人員已將復合固態電解質的離子電導率提升至滿足性能目標的水平，但要在高電流密度和區域容量條件下，實現固態電池的長周期穩定循環，仍然面臨巨大挑戰。

這一系列問題的癥結，最終指向鋰金屬負極表面形成的固體電解質界面（SEI）膜。作為電池內部的關鍵保護層，SEI膜的質量直接決定了電池的電荷損失控制、倍率性能、循環穩定性和使用安全性，其形成源于電解質在電池首次循環過程中的分解反應。但傳統SEI膜普遍存在堅硬、脆性的固有缺陷，在電池充放電產生的機械應力或溫度變化影響下，極易發生破裂。一旦SEI膜出現裂紋，會導致電池內部鋰沉積不均勻，進而加速鋰枝晶生長和電池衰減，最終造成電池性能快速退化、使用壽命大幅縮短。

為破解這一關鍵瓶頸，清華大學深圳國際研究生院的Feiyu Kang教授、Yanbing He教授與天津大學的Quanhong Yang教授團隊，提出了一種全新的技術思路——通過提升SEI膜的柔性而非硬度，增強電池的抗應力能力。這一研究成果已以《用于固態電池的韌性固體電解質界面》為題，于2025年10月29日發表在《自然》期刊上。

研究團隊采用硫化銀（Ag?S）與氟化銀（AgF）兩種銀基材料，成功研發出一種具備高韌性的柔性SEI膜。這種新型SEI膜打破了傳統涂層“堅硬即耐用”的認知，能夠在承受應力時實現輕微彎曲而不破裂，既保持了自身結構穩定，又能高效保障鋰離子的順暢遷移。同時，作為電池內部的保護層，它依然能有效阻止電解質進一步分解，為電池核心部件提供持續防護。其獨特的混合結構設計，能夠讓電池內部產生的機械應力均勻分布，從源頭避免裂紋產生和結構失效，同時在充放電全過程中確保鋰離子均勻擴散，徹底解決了傳統SEI膜破裂引發的一系列連鎖問題。

實驗室測試數據充分驗證了該技術的突破性：團隊新設計的固態電池在高應力條件下可連續工作超過4500小時，展現出遠超傳統設計的耐用性和穩定性，證明了“柔性裝甲”涂層卓越的長期抗破裂、抗衰減能力。更令人矚目的是，在-30℃的極端低溫環境中，該電池仍能保持穩定性能運行超過7000小時，而這一溫度條件下，普通固態電池往往會因鋰離子傳輸停滯、內部結構受損而完全失效。這種軟硬材料梯度分層的創新設計，通過優化內部應力分布、抑制裂紋產生、保障鋰分布均勻性，全方位提升了電池在極端工況下的適應能力。

盡管取得了顯著突破，但固態電池的規模化應用仍需跨越多重挑戰。科研人員明確表示，這項創新技術并非量產的“捷徑”，規模化生產將是下一階段的核心考驗。銀基化合物的較高成本，對量產經濟性構成了一定壓力；而如何實現涂層的高速、大面積均勻涂覆，精準控制涂層厚度與均勻性，更是工業生產中需要攻克的技術難題。

不過，這項研究依然為固態電池技術的發展開辟了重要路徑。它成功解決了極端條件下固態電池的可靠性和使用壽命問題，為固態電池在電動汽車領域的廣泛應用奠定了堅實基礎。隨著后續量產技術的持續優化和成本控制的突破，柔性SEI膜技術有望推動固態電池加速落地，徹底改變電動汽車的能源供給格局，為新能源汽車產業的高質量發展提供強大支撐。