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近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所儲(chǔ)能技術(shù)研究部李先鋒、楊曉飛研究員團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)出20Ah鋰/氟化碳一次電池，經(jīng)權(quán)威第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)驗(yàn)證，該電池在能量密度、倍率性能、溫區(qū)適應(yīng)性及儲(chǔ)存壽命等方面實(shí)現(xiàn)全面突破，標(biāo)志著我國在高比能一次電池領(lǐng)域達(dá)到國際先進(jìn)水平，為高端裝備與特種場(chǎng)景提供了全新自主化能源解決方案。

鋰/氟化碳電池以金屬鋰為負(fù)極、氟化碳為正極，依托鋰氟高效氧化還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)放電，其理論能量密度高達(dá)2180Wh/kg以上，是目前已知固體正極一次電池中理論比能上限最高的體系，遠(yuǎn)超鋰錳、鋰亞硫酰氯等傳統(tǒng)一次電池路線。

但長(zhǎng)期以來，該體系面臨氟化碳材料導(dǎo)電性差、高倍率放電極化嚴(yán)重、大尺寸電芯一致性控制困難等技術(shù)難題，導(dǎo)致大容量電芯產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展緩慢。大連化物所團(tuán)隊(duì)從材料設(shè)計(jì)、界面調(diào)控、電芯結(jié)構(gòu)與制造工藝多維度協(xié)同攻關(guān)，構(gòu)建起適配大容量電芯的穩(wěn)定電化學(xué)體系，成功將實(shí)驗(yàn)室性能優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為工程化可行方案，實(shí)現(xiàn)20Ah級(jí)電芯的穩(wěn)定制備與性能達(dá)標(biāo)。

圖源：中國科學(xué)院大連化物所

依據(jù)中檢集團(tuán)南方測(cè)試股份有限公司出具的檢測(cè)數(shù)據(jù)，該款20Ah鋰/氟化碳電池在25℃、0.1C標(biāo)準(zhǔn)條件下能量密度達(dá)到1018Wh/kg，在0.01C低倍率放電時(shí)進(jìn)一步提升至1117Wh/kg，即便在1C高倍率持續(xù)放電工況下，能量密度仍穩(wěn)定保持在841Wh/kg，實(shí)現(xiàn)高比能與良好倍率性能的兼容。

除能量密度優(yōu)勢(shì)外，該電池在儲(chǔ)存特性與溫區(qū)適應(yīng)性上同樣展現(xiàn)出突出技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力。得益于氟化碳材料本征化學(xué)穩(wěn)定性與優(yōu)化的電解液體系，電池自放電率被控制在極低水平，常溫儲(chǔ)存壽命可達(dá)10年以上，可滿足長(zhǎng)期值守型設(shè)備免維護(hù)供電需求。

在極端溫度測(cè)試中，電池表現(xiàn)出優(yōu)異的環(huán)境耐受性，在40℃超低溫、0.1C放電條件下能量密度仍達(dá)413Wh/kg，在80℃高溫環(huán)境中能量密度高達(dá)1061Wh/kg，且全程無脹氣、漏液等安全隱患，有效覆蓋極地、高空、深地、深海等極限工況，突破傳統(tǒng)電池在寬溫域應(yīng)用中的性能衰減與安全風(fēng)險(xiǎn)。

從技術(shù)機(jī)理來看，團(tuán)隊(duì)通過精準(zhǔn)調(diào)控氟化碳材料的氟化度、微觀結(jié)構(gòu)與導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，顯著提升離子傳輸效率與電子傳導(dǎo)速率，降低放電過程極化，使活性物質(zhì)利用率大幅提升；同時(shí)優(yōu)化電解液配方與電極界面膜結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)鋰負(fù)極穩(wěn)定性并抑制副反應(yīng)，兼顧低溫離子傳導(dǎo)與高溫抗氧化能力，為電芯在極端條件下穩(wěn)定工作提供底層支撐。這種從材料到系統(tǒng)的全鏈條技術(shù)優(yōu)化，使大容量鋰/氟化碳電芯從實(shí)驗(yàn)室走向工程應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。

從行業(yè)發(fā)展視角觀察，此次大連化物所20Ah鋰/氟化碳電池的突破，不僅是單一性能指標(biāo)的提升，更是我國在高端一次電池領(lǐng)域自主創(chuàng)新能力的集中體現(xiàn)。

長(zhǎng)期以來，高比能鋰/氟化碳電池核心材料與制備技術(shù)被少數(shù)國外機(jī)構(gòu)壟斷，高端應(yīng)用場(chǎng)景長(zhǎng)期依賴進(jìn)口，存在供應(yīng)鏈安全隱患。該成果的問世，有效打破技術(shù)壁壘，形成自主可控的技術(shù)路線與制備工藝，為我國特種裝備、航空航天、醫(yī)療電子等關(guān)鍵領(lǐng)域提供安全可靠的國產(chǎn)電源支撐。