日常生活中，我们似乎总要在电池的续航能力和安全性之间做出取舍。

手机用着用着就没电，电动车续航里程让人焦虑，电子设备偶尔传出起火新闻，这些问题背后，是传统电池技术已经触及性能天花板。

最近，清华大学化工系张强教授领衔的研究团队带来了一项创新成果，他们设计出一种特殊的含氟聚醚电解质，一举攻克了固态电池研发路上的两个关键障碍。

尤其令人振奋的是，基于这种新材料制备的8.96安时软包电池，不仅能量密度跃升至604Wh/kg，还在充满电的情况下成功通过了针刺实验和120摄氏度高温环境的考验，没有发生燃烧或爆炸。

眼下，从代步的电动汽车到人手一部的智能手机，再到逐渐普及的无人机和智能机器人，几乎所有的现代科技设备都面临同一个制约，电池技术进展缓慢。

目前市面上常见的液态锂电池，其性能已经逐渐触顶。

以电动汽车使用的动力电池为例，磷酸铁锂电芯的能量密度多在150-190Wh/kg区间，而三元锂电芯也只能达到240-320Wh/kg的水平。

这样的能量密度限制了电动车的续航能力。

为了增加续航，厂家要么选择堆砌更多电池，导致车辆变重、成本上升，要么在安全性能上做出妥协，带来潜在风险。

液态锂电池最让人担忧的莫过于其安全性。

当电池受到挤压、撞击或温度过高时，内部的液态电解液容易泄漏、燃烧，甚至引发爆炸。

新闻中偶尔出现的电动车自燃、手机电池起火等事故，问题大多出在这里。

固态电池被公认为下一代储能技术的重要发展方向。它用固态材料取代了容易引发危险的液态电解液，理论上既能提供更高的能量密度，又具备更好的安全性能。

想象一下，手机充一次电可以用上一周，电动汽车续航轻松突破1000公里，还不用担心电池起火，这正是科研人员对固态电池寄予的厚望。

尽管前景诱人，固态电池从实验室走向市场的道路并不平坦，最大的拦路虎就是所谓的“界面问题”。

简单来说，固态电池内部全是固体材料，固体与固体之间的接触不可能像液体那样紧密贴合。

这就好比把两块平整的玻璃叠在一起，看似紧贴，实则只有少数几个点真正接触。

在固态电池中，电极和电解质之间的接触也是类似情况。有限的接触面积导致离子传输效率低下，这就是所谓的高界面阻抗问题。

另一个棘手难题是电压兼容性。电池工作时，正极处于高电压状态，而负极电压极低，电解质材料必须在这种“冰火两重天”的环境中保持稳定。

常见的聚醚类电解质材料遇到4.0V以上的电压就会开始分解，导致电池性能逐步下降。

以往科学家尝试的解决方案，比如施加巨大的压力或者建造多层的电解质结构，要么在实际应用中难以维持，要么使制造工艺变得过于复杂。

如何在不需要极高外部压力和复杂结构的前提下，构建稳定高效的固-固界面，成了横亘在固态电池发展道路上的一道难关。

面对这个世界性难题，清华大学的研究团队转换思路，提出了一种名为“富阴离子溶剂化结构”的全新设计理念。

团队研制出的新型含氟聚醚电解质，通过热引发原位聚合过程，显著改善了固态界面之间的物理接触和离子传输效率。

研究人员在聚醚电解质中加入了具有强吸电子特性的含氟基团，这一巧妙设计大幅提高了材料抵抗高电压的能力，使其能够与4.7V的高电压富锂锰基正极材料匹配。

这意味着同一种电解质现在可以同时适应高电压的正极和金属锂负极。

使用新型电解质组装的富锂锰基聚合物电池，展现出了一系列令人振奋的性能数据：首次循环的库仑效率达到91.8%，正极比容量为290.3mAh/g。

在0.5C的充放电速率下经过500次循环后，容量仍然保持初始值的72.1%，表现出优秀的循环稳定性。

最引人注目的是，8.96Ah的软包全电池在仅施加1MPa外部压力的情况下，能量密度达到了604Wh/kg。

这个数字究竟是什么概念？它相当于目前市场上主流动力电池能量密度的两到四倍。

换句话说，如果电动汽车采用这种电池，在电池重量不变的情况下，续航里程可以实现数倍增长。

安全性能同样出色：充满电的电池成功通过了针刺测试和120摄氏度热箱安全评估，没有出现燃烧或爆炸情况。

这两项测试堪称电池安全性的“终极考题”，特别是针刺测试，模拟了电池内部发生短路的最恶劣场景，而新型固态电池成功经受住了这一严峻考验。

这项突破性研究为开发实用化的高安全、高能量密度固态锂电池开辟了新路径，提供了重要的技术支撑。

清华大学在固态电池领域取得的进展，体现了基础科学研究与应用技术开发之间的紧密联动。

从分子结构入手，精心设计新型电解质材料，成功破解了困扰学术界和产业界多年的固态电池界面难题。

这项研究不仅推动了电池技术的进步，更为我们预示了一个能源利用更加高效、安全的未来。

固态电池的商业化应用，将深刻改变我们的生活方式，推动电动交通、智能设备和人工智能等产业的快速发展。

当我们未来回顾电池技术的发展历程时，清华大学的这一突破很可能会成为储能领域的一个重要转折点。

参考资料

1.中国网：《固态电池界面难题获突破新电解质提升性能与安全》

2.新浪财经：《续航与安全兼得？我国科学家解决固态电池关键技术难题》

3.北京日报：《清华攻克电池储能与安全兼容难题》

4.中华网：《固态电池关键技术难题被攻克电池更安全能量密度更高》

5.文摘报：《固态电池界面稳定性研究进展》

6.新浪财经：《固态电池两大界面难题被破解清华团队取得重要突破》

（老A）