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中国科学家开发新型准固态复合材料延长电池寿命15倍

AI科技 2025年07月25日 18:11 0 aa
中国科学家开发新型准固态复合材料延长电池寿命15倍

中国科学院与瑞典吕勒奥理工大学合作开发的氟接枝准固态复合电解质F-QSCE@30在电池技术领域实现重大突破，该材料能使电池寿命延长至4000小时以上，比以往氟化系统提升超过15倍。这项发表在《纳米微米通讯》期刊上的研究成果不仅大幅提升了电池安全性和性能，还为电动汽车和储能系统的发展奠定了新的技术基础。

F-QSCE@30技术利用氟原子的高电负性特性，通过诱导效应显著增强离子导电性，在常温下达到1.21毫西门子每厘米的液态电解质级别导电率，同时保持不燃性和机械稳定性。研究团队通过紫外光固化六氟丁基甲基丙烯酸酯和离子液体单体的一步法工艺，成功制备出无裂纹的90微米厚膜，与现有涂覆生产线完全兼容，为大规模产业化奠定基础。

中国科学家开发新型准固态复合材料延长电池寿命15倍

人工智能生成的电池中革命性氟接枝复合电解质示意图。

氟化技术重新定义电池安全标准

传统液态电解质长期面临泄漏、易燃和界面稳定性差等关键问题，严重制约了电池技术的发展。F-QSCE@30通过采用紫外固化玻璃纤维增强膜结构，彻底解决了这些安全隐患。该准固态复合电解质不仅消除了火灾风险，还支持卷对卷加工工艺，为大规模生产提供了经济可行的解决方案。

氟原子的独特性质在这一技术突破中发挥关键作用。高电负性氟原子通过拉取羰基氧原子的电子密度，削弱锂离子与聚合物的结合强度，将活化能降低至0.25电子伏特，从而加速离子传输并抑制离子对聚集。氟化片段分解产生的氟化锂形成致密均匀的界面相，不仅阻止电解质进一步还原，还能机械抑制枝晶生长。

通过X射线光电子能谱和三维飞行时间二次离子质谱深度分析技术，研究人员验证了氟化技术对电池性能提升的机理。这种创新方法为高性能电池材料设立了新标准，展现了氟化学在能源存储领域的巨大潜力。

性能指标达到行业领先水平

F-QSCE@30在实际应用测试中表现出色。对称锂金属电池在0.1毫安每平方厘米电流密度下稳定运行超过4000小时，而富镍NCM622全电池在0.5C倍率和60摄氏度高温条件下经过350次循环后仍保持近100%的容量。这些性能指标远超现有商业化电解质系统，为电池行业设立了新的标杆。

该技术成功解决了电池领域两大核心挑战：枝晶生长和容量衰减。枝晶形成一直是金属电池的安全隐患，可能导致内部短路甚至火灾爆炸。F-QSCE@30通过形成稳定的固体电解质界面有效抑制枝晶生长，同时保持良好的离子传导性，实现了安全性与性能的完美平衡。

研究团队表示，该技术已达到2030年美国先进电池联盟设定的容量保持率和倍率性能目标，为实现超过400瓦时每公斤的软包电池提供了现实路径。这一突破性进展预示着电动汽车和电网储能系统将迎来更安全、更高能量密度的未来。

多元化应用拓展技术边界

F-QSCE@30的技术优势不仅限于锂离子电池领域。研究人员正积极探索将诱导效应概念扩展至钠金属和锌金属电池化学体系，为更广泛的储能应用开辟新途径。这种技术迁移能力体现了氟化电解质技术的通用性和可扩展性。

钠离子和锌离子电池作为锂离子电池的重要补充，在大规模储能应用中具有成本优势。通过将F-QSCE@30的核心技术原理应用到这些新兴电池体系中，有望开发出性能更优、成本更低的储能解决方案，满足不同应用场景的需求。

该项技术的产业化前景十分广阔。一步法紫外固化工艺的简单性和与现有生产设备的兼容性，使得F-QSCE@30能够快速实现规模化生产。研究团队正与多家电池制造商合作，推进

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