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电动车充电慢、冬天“趴窝”、安全隐患大……这些困扰电动出行的难题，迎来了突破性解决方案。近日，清华大学深圳国际研究生院康飞宇教授、贺艳兵教授团队联合天津大学杨全红教授团队，在固态电池领域取得重大突破，为固态锂金属电池构建出“外柔内刚”的梯度结构。如同为锂金属负极表面穿上“塑性铠甲”，这项技术为解决长期困扰行业的固态电池界面失效问题提供了全新策略。相关研究成果近日在线发表于国际期刊《自然》。
固态锂金属电池因其高能量密度和高安全性被誉为下一代动力电池的发展方向，在电动汽车和大规模储能等方面具有广阔的应用前景。尽管优势明显，但固态电池在推广应用中仍面临两大难题：如何实现快速充电，又如何保证长久的使用寿命？
每块电池内部都有一层关键的“保护膜”，即固态电解质界面（SEI）。但在传统固态电池中，这层膜虽然坚硬但很脆弱，一旦破裂，不仅会拖慢充电速度，更会导致短路等问题，使得固态电池难以实现低温和大电流密度下的长寿命稳定循环，在快充和低温环境下电池寿命急剧缩短。
针对上述问题，科研团队创新性地提出了“塑性富无机SEI”的设计理念，开发出兼具优异机械性能、锂离子传输性能和梯度亲锂/疏锂特性的新型塑性SEI，大幅度提升了固态电池在大电流密度下和低温下的循环稳定性。
实践结果证明，穿上了“塑性铠甲”的固态电池展现出优异的电化学性能：在室温以及15mA cm–2的电流密度和15mA h cm–2面积容量下，锂金属对称电池能够稳定循环超过4500小时；即使在-30℃的低温环境中，对称电池仍能在5mA cm–2的电流密度和5mA h cm–2面积容量下稳定循环7000小时以上。
科研团队表示，该成果为解决固态电池的界面失效问题提供了全新策略，为新型界面层设计提供了重要理论依据，为实用化固态电池“快充”与“寿命”难以兼得的问题找到了新的突破口。
来源：光明日报
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