我国学者研制出超低温下工作的高比能全固态锂电池

在国家自然科学基金项目（批准号:61921005）等资助下，南京大学宋虎成副研究员和徐骏教授、何平教授与周豪慎教授团队合作，提出用太阳能光热电池（Solar Photothermal Battery, SPTB）技术来解决全固态锂电池在低温下的电荷传输和存储问题。研究成果以“太阳能驱动的全固态锂空气电池在超低温下运行（Solar-driven all-solid-state lithium–air batteries operating at extreme low temperatures）”为题，于2020年3月2日发表在《能源与环境科学》（Energy & Environmental Science）上。论文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2020/ee/c9ee04039k。

　　动力电池是新能源汽车不可或缺的组件。近年来，由于短路造成的起火、燃烧等安全问题一直是新能源汽车发展道路上的“绊脚石”。相比于传统的基于液态电解质的锂离子电池，全固态金属锂电池具有高比能、安全、宽操作温度及电化学窗口等优势，是解决动力电池安全问题的有效途径之一。然而，固态电解质、电解质界面及电极材料中离子传输低，使得全固态锂电池难以在零摄氏度以下有效工作，这成为其推广应用的瓶颈。

　　针对这一挑战，科研团队在前期太阳能光热转换和全固态锂离子电池研究的基础上，提出采用SPTB技术实现在超低温下高效工作的全固态锂-空气电池的方法。设计了具有等离激元效应的空气正极来高效俘获太阳光，并将其转换成热来提高电池在超低温下的电荷传输和存储效能。测试结果表明，在光辐照过程中，光诱导的热有效提高了电荷在电解质/电极材料中的传输及存储，即使在超低温(-73^oC)下，电池的阻抗比原有技术降低了两个数量级。同时，该电池在-73^oC下能释放~3600 mAh g^-1的容量，并在室温和-73^oC下均表现出优异的循环性能。

　　项目工作为研制宽温度范围的高密度固态电池提供了新的技术路径，为动力电池的发展开辟了新思路。