清华固态电池新突破：能量密度与安全性能双提升

清华引领电车续航革命！固态电池技术取得重大突破。

车东西最新报道，清华大学化工系张强教授团队在固态电池研发上取得重要进展，提出创新设计策略，成功研发出一种新型含氟聚醚电解质。

这种电解质材料使得固态电池的重量能量密度达到604Wh/kg，体积能量密度达到1027Wh/L，这些数据较当前商用锂离子电池近乎翻倍。

目前，该研究已被国际顶级期刊《自然》收录，标志着中国在电池技术领域的又一重大进步。

▲该成果在《自然》发表

除了高能量密度，这款电池还展现了出色的寿命和安全性。在超过500次循环后，电池容量保持率仍高达72.1%，并通过了针刺测试，展现出卓越的安全性能。

这一研究为制造高性能、安全可靠的电池提供了科学蓝图，有望加速交通及更多领域的电气化转型。

创新设计，解决电池不稳定性

研究显示，该团队通过一种“原位构筑”的含氟聚醚基聚合物电解质（FPE-SPE），解决了高容量富锂锰基氧化物（LRMO）正极的关键性界面不稳定性问题。

▲氟聚醚基聚合物电解质设计图

LRMO不仅依赖传统过渡金属阳离子的氧化还原反应，还利用晶格中的氧阴离子参与电荷补偿，从而具备极高的理论比容量。然而，这种高能量输出也带来了电池不稳定的问题。

清华大学的这项研究通过稳定阴离子氧化还原过程，有效解决了这一问题，特别是阻止了氧气生成这一不可逆步骤。

论文指出，研究人员采用原位聚合技术，将液态单体前驱液注入电池内部，通过加热引发聚合反应，形成无缝贴合的固态电解质界面，解决了传统预制固态电解质中的孔隙和高界面阻抗问题。

能量密度领先，安全有保障

在解决电池衰减问题后，电池容量成为关键指标。该电池采用高负载LRMO正极、贫电解液设计及无负极结构，实现了604Wh/kg的重量能量密度和1027Wh/L的体积能量密度。

这些数据较当前顶级商用电动汽车电池包（约255Wh/kg）提升了一倍以上，且与QuantumScape等固态电池企业的目标（800Wh/L）相比也极具竞争力。

▲PTF-PE-SPE的电化学和安全性能

在测试中，采用该电解质的电池展现出长期稳定性，循环500次后容量保持率仍达72.1%，远超使用传统电解质的电池。

▲实验产品与液态电解液热失控温度对比（数据来源：清华大学）

该电解质的物理形态和化学组分赋予电池内在阻燃特性。实验显示，该电解质膜完全不可燃，且在针刺测试中表现出对内部短路的超强耐受性。

科研领军人物张强教授

这项研究的背后是清华大学长聘教授、博士生导师张强教授。他荣获多项国内外学术奖项，连续四年被评为“全球高被引科学家”，致力于能源存储材料研究。

▲清华大学张强教授（图源：清华大学）

近年来，他结合国家重大需求，重点研究锂硫电池及关键能源材料，提出锂键化学等概念，并研制出多种高性能能源材料。

结论：固态电池量产进程加速

清华大学的这项研究是材料设计、机理理解与实验验证的完美结合。通过主动设计的聚合物电解质，团队解决了LRMO正极的内在不稳定性问题，为锂电池性能开启了新维度。

该研究为固态电池的量产提供了清晰的技术路径，反驳了锂离子技术接近性能天花板的观点，让固态电池的商业化进程更进一步。