我國首次精準“透視”全固態鋰電池鋰濃度分布

我國科學家突破全固態鋰電池關鍵難題。記者從中核集團獲悉，近日，中核集團中國原子能科學研究院與清華大學深圳國際研究生院依托中國先進研究堆，利用中子深度剖面分析技術，精準揭示了全固態鋰電池傳統單層正極的關鍵缺陷，首次通過實驗直接觀測并定量證實了顯著的縱向鋰濃度梯度，在電極厚度方向上實現了鋰濃度的均勻分布，為梯度電極核心設計工作提供了有力的實驗依據，為推動全固態鋰電池基礎科學認知及其工程化應用作出重要貢獻。該研究成果發表于國際期刊《能源與環境科學》。

圖為中子深度剖面分析裝置圖。

全固態鋰電池被譽為“下一代能源革命”技術，其從根本上杜絕了傳統鋰電池可能出現的泄露、起火等風險，安全性顯著提升。但其商業化應用仍面臨諸多“攔路虎”，比如循環穩定性和能量密度提升等。要解決上述問題，需深入理解電極內部反應機制。然而，鋰元素的“可視化”檢測一直是行業痛點，這正是制約全固態鋰電池性能提升的關鍵。

由AI生成的圖。（中核集團供圖）

中子深度剖面分析技術是一種先進的核分析技術，是中子活化分析技術的分支，可利用中子束“透視”材料內部，就像做一次“無損的CT掃描”。由于中子對鋰元素這類輕元素極其敏銳，整個“掃描”過程具有高靈敏、高分辨、無損等特點，所以在開展對空氣、水分敏感的電池材料研究時，中子深度剖面分析技術展現出無可比擬的優勢。它能追蹤鋰離子在電池充放電時的傳輸過程，就像為鋰電池研發裝上了“透視鋰分布的慧眼”，為優化電池設計、提升電池性能提供精準“導航”。

據悉，十多年來，原子能院核物理所活化分析研究團隊一直緊跟中子深度剖面分析技術，在國家自然科學基金項目支持下，依托中國先進研究堆，團隊研發出國際領先的中子深度剖面分析裝置和技術方法，為我國核工業發展，以及半導體、鋰電池等領域科技創新提供了先進的分析測試方法。這充分體現了國家大科學裝置對推進科技自立自強發揮的重要作用，以及核分析技術在滿足國家重大需求、解決交叉學科前沿研究問題方面的顯著作用和獨特價值。