中國研發固態鋰電池，手機續航提升，三星買了它再也不怕手機爆炸

「蛟龍號」這個名字相信大家都非常熟悉，2012年它的最大下潛深度達到7000米，成為目前世界上下潛最深的作業型載人潛水器。7000米可不算淺，如果「蛟龍號」在下潛過程中失去了能源動力供應，亦或是電源系統發生了起火……那簡直是不敢想像的事情。所幸，「蛟龍號」並沒有發生這樣的狀況，這一切都要歸功於為蛟龍號提供強大能源動力的固態鋰離子電源系統。

這種電源系統屬於國家戰略資源，過去日本一直對中國嚴格封鎖和保密，而如今，中國科研人員歷經多年摸索與開拓，已經成功攻克全海深長續航動力電源關鍵核心技術，這對於包括像「蛟龍號」這樣的潛水器在內的中國深海探測裝備來說無疑是個好消息。

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（蛟龍號深海電源系統）

（一）移動智能設備、電動汽車的動力來源都靠它

說到鋰離子電源系統，可能你還有點兒似懂非懂，其實生活中我們經常用到的鋰離子電池就是其中一種，從手機，到筆記本、平板電腦，再到電動汽車，幾乎你能想到的所有領域，都有鋰電池默默服務的身影。很難想像，如果沒有鋰電池，這個世界會變成什麼樣子。

不過，鋰電池好用歸好用，可一提到它，首先跳入人們腦海的一個問題大概就是：它們足夠安全嗎？畢竟這是一個生死攸關的大事情。其實，這同樣也是困擾科學家多年的瓶頸問題。

傳統鋰離子電池主要由正極材料、負極材料、隔膜和電解液等四部分組成，隔膜和電解液在鋰電池中起著隔絕正負極接觸以及傳導鋰離子的作用，可以說是鋰離子電池的核心部件。

現在商用的液態鋰電池通常採用碳酸酯類電解液和聚烯烴隔膜（如美國的聚乙烯隔膜或聚丙烯隔膜），但由於碳酸酯類電解液極易揮發燃燒，並且聚烯烴隔膜的尺寸熱穩定性不好（150oC收縮50%），導致液態鋰電池在高溫或濫用條件下存在極大的安全隱患。

（二）傳統鋰電池易燃燒不安全，科學家從電解質找到突破

傳統鋰電池的缺陷導致人們迫切需要開發高安全性的隔膜電解質體系，在這種背景下，固態電解質應運而生，由於不含液態電解液，它能從根本上解決鋰電池的安全問題。

（傳統鋰電池與固態電解質鋰電池對比）

固態電解質是固態鋰離子電池的核心部件，具體又可分為無機固態電解質和聚合物固態電解質兩大類。

關於無機固態電解質，日本做的比較多，主要集中在硫化物和氧化物方面，並且申請了多項無機固態電解質的專利，在全球進行產業鏈布局。無機固態電解質的優勢在於室溫離子電導率高，理論上可以進行快速充放電，但缺點同樣扎眼：非常脆，大面積成型困難、因此無機固態電解質現在大部分應用於小容量的薄膜電池、心臟起搏器等領域。

而聚合物固態電解質，從1973年開始研究到現在，已經步入了實用化階段。聚合物固態電解質由聚合物基體和鋰鹽兩部分組成，其中最具代表性的當屬聚環氧乙烷聚合物固態電解質。聚合物固態電解質不但擁有無機固態電解質的優點，而且相比無機固態電解質，它柔性更強，易加工，應用前景更廣闊。

（三）中國研製「剛柔並濟」固態聚合物電解質，打破日本壟斷

對於深海探測設備來說，傳統的聚環氧乙烷聚合物固態電解質存在室溫下離子電導率低、電化學窗口窄以及力學強度差等諸多缺點，且單一聚合物電解質無法滿足高性能二次電池的要求，因此研究與開發綜合性能（高室溫鋰離子電導率、寬電化學窗口、高力學強度和楊氏模量）優異的固態電解質體系是系統提升固態鋰電池性能的核心和瓶頸問題。

為了解決這一難題，中國科研人員製備出多款綜合性能優異的常溫固態複合聚合物電解質，其特點可以用「剛柔並濟」四個字概況。

（中科院青島能源所研製的「青能-Ⅰ」固態電池）

1、剛性多空骨架支撐材料提供力學強度和安全性

「剛柔並濟」的「剛」是指剛性多空骨架支撐材料，如纖維素無紡膜、尼龍無紡膜、聚醯亞胺多孔膜、聚芳碸醯胺無紡膜和海藻酸鹽無紡膜等，它能為電解質提供力學強度和安全性。

2、柔性離子傳輸材料提供高離子電導率和界面穩定性

「柔」是指柔性離子傳輸材料，如脂肪族聚碳酸酯材料、氰基丙烯酸酯等，它能提供高離子電導率和界面穩定性。

3、剛柔結合構建高效、快速離子傳輸通道，提高綜合性能

「並濟」是指剛性材料和柔性材料通過酸鹼相互作用，構建高效、快速界面離子傳輸通道，提高電極/電解質界面相容性，以及尺寸熱穩定性，最終實現綜合性能大幅提高。

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