全固態鈉離子電池（以下簡稱“全固態鈉電”）因高安全性和高能量密度被視為下一代儲能技術的核心，而鈉基材料憑借鈉資源豐富、成本低廉的優勢，成為平衡性能與經濟性的優選方向。但固態電解質與電極間的界面問題，長期以來像一道無形的牆，阻擋著技術落地的腳步。

中國科學院大連化學物理研究所（以下簡稱“大連化物所”）能源催化轉化全國重點實驗室團隊近日在《自然·通訊》上發表的一項重要成果，如同在這道牆上打開了一扇門。他們研發的電誘導加速聚合界面修復技術，成功讓Ah級全固態軟包電池在無外部加壓的條件下穩定循環超1000圈，使得全固態電池向產業化邁出關鍵一步，為低成本儲能技術的規模化應用掃清了核心障礙。

固態電池的界面困境

“就像兩塊干燥的玻璃，疊放再緊密也會存在縫隙，這就是固態電池的界面困境。”大連化物所動力電池與系統研究部訪問學者楊庭舟點出了全固態電池產業化的核心痛點。作為全固態電池的“心臟瓣膜”，固態電解質承擔著傳輸鈉離子的關鍵作用，而氧化物電解質因高離子電導率和化學穩定性，成為科研界的重點攻關方向。但氧化物電解質的固有脆性使其從制備到使用的每一步都極易受損。

在大連化物所能源催化轉化全國重點實驗室裡，該實驗室主任陳忠偉展示了一張氧化物電解質切片的電鏡照片：切片表面的孔隙如同路上的坑窪，微米級的裂紋如蛛網般蔓延。“這些肉眼看不見的缺陷，會直接導致界面接觸不良。”陳忠偉解釋，鈉離子穿過電解質與電極的界面，就像車輛要駛過布滿坑窪的斷頭路，不僅傳輸效率低，還容易引發“交通事故”——金屬鈉枝晶會順著裂紋生長，最終穿透電解質導致電池失效。

更為棘手的是，這一問題形成了惡性循環：氧化物電解質的脆性會導致裂紋產生，裂紋引發界面阻抗性升高和枝晶生長，枝晶又進一步加劇裂紋擴展，最終造成“接觸不良—界面失效—性能衰減”的連鎖反應。“對於這個問題，機械壓實的方法就像用夾子硬把兩塊玻璃擠在一起，導致兩塊玻璃一遇震動就會鬆動﹔高溫處理的方法則可能破壞電極結構，得不償失。”楊庭舟補充說，這些傳統方法始終無法在微觀尺度上維持穩定、低阻抗的固—固界面，尤其在電池長期循環產生體積變化時，界面會加速退化。

這一困境在全固態鈉電領域更為突出。鈉離子電池雖在成本和資源稟賦上佔優，但鈉金屬負極的化學活性更高，與固態電解質的界面反應更劇烈，且臨界電流密度普遍低於每平方厘米2毫安，遠不能滿足儲能和新能源汽車的實際需求。“界面調控是決定全固態電池成敗的關鍵，這個問題不解決，再高的能量密度也只是空中樓閣。”陳忠偉說。

陳忠偉團隊從2022年組建之初，就將界面改性作為核心攻關方向，先后在《德國應用化學》《先進材料》等期刊發表系列成果，為此次突破奠定了基礎。

給界面做“微創手術”

“既然外部強制手段行不通，能不能讓界面自己‘長’出修復層？”陳忠偉提出的這個問題，為研究指明了新方向。

團隊意識到，解決界面問題的關鍵在於“主動適配”——讓修復材料能夠精准滲入缺陷，並與電解質、電極形成穩定結合。無數次實驗后，修復膠的構想逐漸成型。

這種修復膠並非傳統意義上的黏合劑，而是由可聚合單體與導電粒子組成的特殊體系。其創新之處在於“一箭雙雕”。“這就像給電池界面做了一次精准的微創手術，既填充了傷口，又長出了保護膜。”楊庭舟描述道。

但將構想變為現實，團隊遭遇了前所未有的挑戰。他們面臨的最大難題在於如何精准控制聚合過程——既要讓修復膠在微裂紋深處完成固化，又要避免聚合過快導致涂層不均勻。“最開始，聚合反應要麼‘偷懶’不啟動，要麼‘急躁’地結塊，產品合格率不足30%。”楊庭舟回憶道，為了找到最佳反應參數，他們連續數月在實驗室監測數據。

轉機來自一次機理層面的突破。團隊摒棄了單一變量實驗的傳統思路，建立了電潤濕鋪展、微滴遷移與鏈式聚合的耦合機制模型。通過大量數據擬合，他們終於明確了電場強度、單體極性與聚合速率之間的定量關系。

裝備創新是技術突破的另一個關鍵支撐。為實時觀察微裂紋中的修復過程，團隊自主設計了一套原位表征裝置，將光學顯微鏡與電化學測試系統相結合，實現了可視化監測。“我們第一次清晰看到了修復膠像水一樣滲入500納米的微裂紋，並在30秒內完成固化。那種興奮至今難忘。”大連化物所動力電池與系統研究部副研究員李俊豪說。

一系列創新最終轉化為亮眼的數據：採用該策略的全固態鈉電，臨界電流密度提升至每平方厘米6.8毫安，是傳統電池的3倍以上﹔在1.0C倍率下，電池循環1000圈后,容量保持率仍超過90%。更令人振奮的是，團隊成功制備出Ah級全固態軟包電池。“軟包結構對界面穩定性要求更高，這個成果証明我們的技術不是隻適用於小尺寸樣品。”楊庭舟說。

大幅降低量產門檻

在實驗室中試車間，一台特殊的電池測試設備正在運行——與傳統設備不同，這裡的軟包電池沒有任何外部夾持裝置。屏幕上的數據顯示，這枚Ah級電池已連續循環800多圈，電壓曲線依然保持平穩。“是否需要外部加壓是產業化的‘試金石’。”陳忠偉解釋道，傳統固態電池需要借助夾具施加10到20兆帕的壓力維持界面接觸，這會大幅增加電池包的重量和制造成本，根本無法應用於新能源汽車和儲能系統。

Ah級軟包電池在無壓條件下穩定循環超1000圈，這一成果徹底打破了上述制約。該技術不僅解決了界面問題，更為電池制造工藝提供了新可能——無需復雜的加壓封裝設備，並可兼容卷繞、疊片等傳統鋰電池成熟工藝，大幅降低了量產門檻。

對下游產業而言，這一突破能帶來更具實質性的改變。在大規模儲能領域，全固態鈉電的度電成本有望降低30%以上。“鈉資源儲量是鋰的千倍以上，加上無壓封裝簡化了系統設計，長期來看度電成本能降到0.3元以下。”陳忠偉說。

在新能源汽車領域，全固態電池的安全性優勢更為突出。由於徹底摒棄了電解液，全固態電池極大提高了電池的安全性。其可適應零下40攝氏度到60攝氏度的寬溫域性能，還解決了北方地區冬季續航衰減的難題。

盡管成果顯著，但陳忠偉團隊認識到量產之路仍不平坦。“目前超薄電解質膜的批次一致性還需提升，修復膠的規模化合成工藝也在優化中。”他介紹，團隊下一步將重點突破三大方向：加大公斤級固態電解質制備技術生產、實現設備的連續化改造、構建從材料到電芯的全鏈條中試體系。

陳忠偉坦言，隨著界面修復技術的不斷成熟，全固態電池正從科研成果轉化為新質生產力，為我國在全球儲能領域搶佔技術制高點提供堅實支撐。

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