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孙世刚：《我国锂电池产业面临的挑战》
2026-04-01 09:01:00
作者：孙世刚（中国科学院院士，厦门大学教授、博士生导师）
现有锂离子电池面对的挑战还包括安全事故多发。锂离子电池容易发生电池热失控，通常的原因包括过充诱发电池正极材料产气使得电池胀裂，快充导致电池负极析锂诱发短路，以及快充快速升温从而使电解质液体燃烧。电池使用环境受限，在低温环境中，锂离子电池的电解液黏度会变大，离子迁移速度变慢，充放电能量急剧衰减。高温状态下，电池正负极界面膜不稳定，导致材料结构破坏，产气易爆。而在深空、深海等应用场景，都需要电池具有更高更宽的温度范围。从技术创新的角度，需要在材料、界面、传输、系统等四个层面予以解决。
首先提升电池体系的能量密度，包括构建高容量高电压正极，高容量低电压负极。正极材料的选择上，将由钴酸锂到磷酸铁锂，到高镍三元材料，最终往硫、氧元素方向发展。其次在负极材料的选择上，由现有的石墨，到硅，最终往锂金属发展。不过，使用锂金属负极和高电压正极也会带来安全性的问题。以锂金属负极来说，锂的理论比容量很高，能够达到3000mAh/g，但是使用中容易形成锂枝晶刺穿电池隔膜，形成电池短路。而正极的高压高比容量材料不稳定，高电压电极材料结构容易破坏，同时造成电解液分解。
对于锂金属，不光是基础研究领域，业界也做了很多试验性尝试，例如构筑人工SEI膜，构筑三维结构金属负极，调控锂金属电极和电解液的界面，从而提高电池的循环寿命。“终极目标是加入添加剂，调控材料生长的过程，使它不长成枝晶，但这方面的研发非常难，需要大力发展下去。”而在正极材料方面，则需要通过调控层状正极材料的表面结构，强化锂离子传输过程，从而显著提升锂离子电池的能量密度和功率密度。
而为了进一步地提高电池安全性能，目前的研究还包括强化锂离子电池中的“三传”过程，包括强化锂离子传输通道，维持材料在微观尺度下的结构稳定；强化电子传输通道，维持电极和电池的导电网络；强化电池热传出，抑制电池热失控。在下一代锂电池的路线上，钠离子电池被寄予厚望。钠在地球上储量排在第六位，具有与锂相似的化学性质，但由于钠原子半径更大，电化学势比较低，钠离子电池能量密度上与锂离子电池相比有先天劣势。钠离子电池的发展需要在储钠新材料、新型电解液方面有所突破。
目前一些传统的负极硬碳材料已经实现产业化，正极的层状氧化物、普鲁士蓝材料也进入市场。但钠离子电池要进一步提高性能，降低成本，要能够像锂离子电池一样实现大规模利用。
作者介绍：
孙世刚：中国科学院院士，厦门大学教授、博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者，英国皇家化学会会士，国际电化学会会士。兼任固体表面物理化学国家重点实验室学术委员会主任，中国化学会副秘书长，973计划能源科学领域专家咨询组成员。曾任厦门大学物理化学研究所副所长、化学系系主任、校长助理，厦门大学副校长。孙世刚院士长期从事电化学和表界面科学研究，包括电催化、表界面过程，能源电化学（燃料电池，锂离子电池），纳米材料电化学等。主持和完成国家杰出青年科学基金、自然科学基金重点项目和国家“973”计划课题等多项重要科研项目；在Science, Angew. Chem. Int. Ed., J. Am. Chem. Soc.等SCI期刊发表论文210余篇，被引用33000余次、H-指数91（Google scholar）；主编Elsevier著作1部，为9部著作撰写专章10章；获中国发明专利授权9件。获国家自然科学奖二等奖、教育部自然科学奖一等奖、国际电化学会Brian Conway奖章、中法化学讲座奖和中国电化学贡献奖；被评为全国优秀科技工作者、全国模范教师和全国优秀博士学位论文指导教师。
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