圖片由AI生成（來源：中國(guó)科學(xué)院物理研究所）
錫基安時(shí)級(jí)軟包電池的制備工藝及電化學(xué)性能
據(jù)中國(guó)科學(xué)院物理研究所消息，近日，該所團(tuán)隊(duì)攻克錫基負(fù)極核心技術(shù)難題，讓低成本、高能量密度的鈉離子電池向?qū)嵱没M(jìn)一步，有望緩解電池續(xù)航焦慮。
鈉離子電池資源豐富、原料易得、成本低廉，性價(jià)比顯著。然而，它也存在一個(gè)短板：同等體積下存電能力偏弱，難以滿足電池續(xù)航需求。錫基負(fù)極材料本是彌補(bǔ)這一短板的“好幫手”——其容量和密度高于傳統(tǒng)碳材料，能在有限空間里儲(chǔ)存更多電量，同時(shí)兼具安全性好、易加工等特點(diǎn)，甚至可以直接適配現(xiàn)有電池生產(chǎn)線。但錫基負(fù)極自身有一個(gè)“頑疾”：充放電時(shí)體積變化較大，反復(fù)的膨脹收縮會(huì)導(dǎo)致材料粉化失效，進(jìn)而使電池容量快速“縮水”。以往的改進(jìn)辦法要么犧牲儲(chǔ)電能力，要么增加成本，始終難以兩全。
針對(duì)上述技術(shù)難題，科研團(tuán)隊(duì)利用單壁碳納米管與錫顆粒之間的強(qiáng)吸附作用，為錫顆粒量身打造出一個(gè)堅(jiān)固的“支架網(wǎng)絡(luò)”。這一網(wǎng)絡(luò)不僅能在電極制作時(shí)防止錫顆粒“抱團(tuán)”，使材料分布更加均勻，還能在電池反復(fù)充放電過程中牢牢“兜”住錫顆粒，從而穩(wěn)定其結(jié)構(gòu)。
在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)結(jié)合人工智能和拓?fù)鋵W(xué)分析的新方法，摸清了背后的科學(xué)原理。該“支架網(wǎng)絡(luò)”不會(huì)因體積變化而“散架”，既能保證錫顆粒充分參與反應(yīng)，又能讓顆粒間始終保持緊密的電接觸，從而兼顧高效儲(chǔ)電與耐用性。采用新方法制備的錫負(fù)極，可逆容量達(dá)到789.4毫安時(shí)/克；在2安培/克的大電流下，循環(huán)6000次后容量仍能保留87.6%。
隨后，科研團(tuán)隊(duì)完成了公斤級(jí)的放大實(shí)驗(yàn)，所組裝的鈉離子電池體積能量密度超過453瓦時(shí)/升，支持4C高倍率、15分鐘快速充放電，并且在-20℃的低溫環(huán)境下依然表現(xiàn)良好。
這項(xiàng)研究為錫基負(fù)極材料找到了一條實(shí)用化路徑，推動(dòng)高能量密度、低成本鈉離子電池邁出關(guān)鍵應(yīng)用步伐，有望改善電池續(xù)航、充電、低溫掉電等問題，未來可應(yīng)用于大規(guī)模儲(chǔ)能等領(lǐng)域。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-能源》（Nature Energy）上。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院相關(guān)項(xiàng)目、京津冀基礎(chǔ)研究合作專項(xiàng)、第十屆中國(guó)科協(xié)青年人才托舉工程項(xiàng)目的支持。
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“ABEC系列活動(dòng)一：2026下一代電池技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會(huì)”將于2026年5月12日在深圳啟幕，其中，鈉電池專場(chǎng)聚焦鈉電池這一前沿技術(shù)和市場(chǎng)應(yīng)用領(lǐng)域，與會(huì)嘉賓將共同探索資源豐富、成本優(yōu)勢(shì)顯著的鈉電池在規(guī)模化儲(chǔ)能與電動(dòng)汽車領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。會(huì)議同期還將舉辦“2026鈉電池產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力TOP10品牌頒獎(jiǎng)盛典”，屆時(shí)全球產(chǎn)學(xué)研等業(yè)界精英將齊聚深圳，凝聚行業(yè)共識(shí)，加速技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同，共同推動(dòng)下一代電池技術(shù)的成熟與商業(yè)化應(yīng)用，為全球能源轉(zhuǎn)型提供核心動(dòng)力。
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