中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：在新能源汽車(chē)的發(fā)展中，電池安全是車(chē)主最關(guān)心的問(wèn)題。日前，中國(guó)科學(xué)院物理研究所胡勇勝團(tuán)隊(duì)在國(guó)際頂級(jí)期刊《自然·能源》上發(fā)表重磅研究成果：團(tuán)隊(duì)成功開(kāi)發(fā)出具有自保護(hù)功能的可聚合不燃電解質(zhì)（PNE），在全球范圍內(nèi)首次于安時(shí)級(jí)鈉離子電池體系中實(shí)現(xiàn)“徹底阻斷熱失控”。這一技術(shù)從根本上抑制了大容量鈉離子電池潛在的熱失控風(fēng)險(xiǎn)，不僅為大規(guī)模儲(chǔ)能的安全提供了解決方案，更憑借低成本與高兼容性?xún)纱髢?yōu)勢(shì)，顯著加速了我國(guó)鈉離子電池產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
熱失控與民生安全息息相關(guān)
在日常生活中，電動(dòng)汽車(chē)、儲(chǔ)能設(shè)備等使用場(chǎng)景中，電池安全始終是公眾關(guān)注的焦點(diǎn)。以電動(dòng)汽車(chē)為例，其充電時(shí)突發(fā)起火往往源于電池內(nèi)部“防護(hù)墻”的失效。當(dāng)電池遭遇過(guò)度充電、內(nèi)部短路、外部撞擊擠壓造成變形破損、長(zhǎng)期處于高溫環(huán)境等極端情況時(shí)，內(nèi)部熱量會(huì)快速累積并突破極限，進(jìn)而觸發(fā)劇烈的化學(xué)連鎖反應(yīng)，即熱失控，形成難以控制的噴射狀火焰，帶來(lái)嚴(yán)重的人身安全威脅與財(cái)產(chǎn)損失。
長(zhǎng)期以來(lái)，電池安全防護(hù)大多停留在被動(dòng)阻燃的層面，難以從源頭杜絕熱失控的發(fā)生。此次，胡勇勝團(tuán)隊(duì)瞄準(zhǔn)這一核心痛點(diǎn)，研制出能“自動(dòng)變身”的不燃電解液，讓電池在遭遇極端高溫或劇烈撞擊的瞬間，由內(nèi)而外迅速凝固成一層堅(jiān)固的物理屏障，從底層邏輯上切斷起火與爆炸的可能。這一成果不僅意味著未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)出行將大幅降低火災(zāi)安全隱患，也預(yù)示著更安全、更廉價(jià)的綠色能源加速走進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)。
大家都很熟悉鋰電池，那鈉離子電池是什么？簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，鈉離子電池不依賴(lài)鋰、鈷、鎳等稀缺資源，以自然界儲(chǔ)量極豐富、價(jià)格低廉的鈉鹽（與食鹽成分類(lèi)似）作為能量載體，更適合大規(guī)模儲(chǔ)能與商用推廣。發(fā)展鈉離子電池，有助于擺脫關(guān)鍵礦產(chǎn)資源對(duì)外依賴(lài)，保障國(guó)家能源供應(yīng)鏈安全。
鈉離子電池的工作原理雖然與鋰電池相似，但在原材料、成本、性能上獨(dú)具優(yōu)勢(shì)，擁有更出色的倍率性能和寬溫適應(yīng)性，可廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)、重型卡車(chē)、大規(guī)模儲(chǔ)能電站、數(shù)據(jù)中心備用電源等關(guān)鍵場(chǎng)景。而此次成果中提到的安時(shí)級(jí)鈉離子電池，是鈉離子電池從實(shí)驗(yàn)室微型紐扣電池走向工業(yè)化實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵標(biāo)志。安時(shí)級(jí)鈉離子電池是指電池容量達(dá)到1安時(shí)及以上的實(shí)用化電芯，容量與日常使用的手機(jī)電池相當(dāng)，是真正具備量產(chǎn)條件、可投入市場(chǎng)的商用級(jí)鈉離子電池。
三大突破重塑電池安全防護(hù)體系
熱失控的危險(xiǎn)性在于其不可逆、連鎖式的反應(yīng)特點(diǎn)，一旦單體電池失控會(huì)迅速誘發(fā)整組電池接連失控，瞬間釋放的高溫與可燃?xì)怏w足以引發(fā)猛烈起火甚至爆炸。傳統(tǒng)鈉離子電池雖然在正負(fù)極材料與鈉鹽的熱穩(wěn)定性上優(yōu)于鋰電池，但在安時(shí)級(jí)大容量應(yīng)用場(chǎng)景中，依舊無(wú)法完全規(guī)避熱失控隱患。
針對(duì)這一行業(yè)難題，胡勇勝團(tuán)隊(duì)給出的解決方案是成功研制出可聚合不燃電解質(zhì)（PNE），構(gòu)建起熱穩(wěn)定性-界面穩(wěn)定性-物理隔離三位一體的智能安全防護(hù)體系。
傳統(tǒng)阻燃電解液多為“被動(dòng)不燃”，只能降低起火概率，而PNE是主動(dòng)防御，不僅具備本質(zhì)不燃的特性，更像是一套具備智能感知的防護(hù)系統(tǒng)：在電池正常工作時(shí)，它能通過(guò)獨(dú)特的溶劑化設(shè)計(jì)，構(gòu)建穩(wěn)固的充放電界面，保障電池高效穩(wěn)定運(yùn)行；當(dāng)電池因異常情況溫度升高到150℃至200℃時(shí)，PNE會(huì)立即發(fā)生原位聚合反應(yīng)，從液態(tài)快速轉(zhuǎn)化為堅(jiān)韌致密的聚合物屏障，從物理上隔絕正負(fù)極之間的危險(xiǎn)接觸與化學(xué)串?dāng)_，徹底切斷熱失控的傳播路徑，實(shí)現(xiàn)從“被動(dòng)阻燃”到“主動(dòng)防御”的跨越。
此次的研究成果有以下三大突破。
突破一：重塑安全構(gòu)建三位一體智能防護(hù)
研究利用PNE構(gòu)建了三層遞進(jìn)防護(hù)：第一，PNE自身本質(zhì)不燃（耐熱），從源頭降低燃燒風(fēng)險(xiǎn)；第二，聚焦界面守護(hù)，在電極表面形成穩(wěn)固的保護(hù)膜，減少副反應(yīng)產(chǎn)生熱量；第三，高溫下自動(dòng)形成物理阻隔。這就好比一個(gè)專(zhuān)業(yè)的安保系統(tǒng)，既是防火材料，又有監(jiān)控預(yù)警，還有自動(dòng)降下的物理閘門(mén)，三重防護(hù)遠(yuǎn)比單一阻燃更可靠。
突破二：智能變身打造自動(dòng)合閘“防火墻”
PNE最核心的“黑科技”就是熱觸發(fā)原位聚合的智能特性。在日常充放電、設(shè)備運(yùn)行時(shí)，它保持液體狀態(tài)，保障電能高速傳輸、電池正常工作；當(dāng)溫度觸及危險(xiǎn)閾值時(shí)，它即刻從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，這個(gè)過(guò)程就像電路中的“自動(dòng)斷路器”或建筑里的“自動(dòng)防火閘”，徹底切斷熱失控在電池內(nèi)部的蔓延路徑，將危險(xiǎn)扼殺在萌芽狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)安時(shí)級(jí)鈉離子電池的本質(zhì)安全。
突破三：兼顧安全與性能具備強(qiáng)大產(chǎn)業(yè)化潛
很多實(shí)驗(yàn)室的高安全電解液往往以犧牲性能為代價(jià)，但PNE實(shí)現(xiàn)了安全與性能的“雙在線”。一是超寬溫域適配，可在-40℃至60℃環(huán)境下穩(wěn)定工作，有效解決了冬季電動(dòng)汽車(chē)“續(xù)航短”的問(wèn)題。二是耐高壓穩(wěn)定，支持4.3V的高電壓工作環(huán)境，能有效提升電池能量密度。三是易規(guī)?；慨a(chǎn)，所用原料均為成熟工業(yè)化產(chǎn)品，無(wú)需特殊定制，解決了實(shí)驗(yàn)室成果難以大規(guī)模量產(chǎn)的痼疾，預(yù)示著該技術(shù)能迅速?gòu)恼撐淖呦蛏a(chǎn)線。
助力國(guó)家新能源戰(zhàn)略落地
自2011年以來(lái)，胡勇勝團(tuán)隊(duì)深耕鈉離子電池應(yīng)用基礎(chǔ)研究，在《科學(xué)》《自然·能源》等國(guó)際頂級(jí)期刊發(fā)表論文300余篇，牽頭制定了國(guó)內(nèi)首個(gè)鈉離子電池團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《鈉離子蓄電池通用規(guī)范》，斬獲北京市自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)等多項(xiàng)重磅榮譽(yù)，目前已成為全球鈉離子電池基礎(chǔ)研究與產(chǎn)業(yè)化落地的核心引領(lǐng)力量。
正是基于長(zhǎng)期扎實(shí)的科研積累，胡勇勝團(tuán)隊(duì)此次取得的PNE重大突破，是我國(guó)鈉離子電池領(lǐng)域持續(xù)創(chuàng)新的必然成果。這一成果具有里程碑意義：產(chǎn)業(yè)層面，突破安全瓶頸，鞏固我國(guó)在鈉離子電池領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，為鈉離子電池規(guī)模化落地提供核心技術(shù)支撐；民生層面，為電動(dòng)汽車(chē)、儲(chǔ)能電站等場(chǎng)景提供更安全、低成本的電池選擇，尤其適配北方低溫儲(chǔ)能需求；國(guó)家戰(zhàn)略層面，以自主創(chuàng)新彰顯科技自立自強(qiáng)，為國(guó)家“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)和能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型提供核心技術(shù)支撐。
PNE實(shí)現(xiàn)安時(shí)級(jí)鈉離子電池?zé)崾Э刈钄?，是電池安全領(lǐng)域的革命性范式轉(zhuǎn)變。它證明了電池不再單純依賴(lài)外部冷卻、滅火系統(tǒng)，而是可以通過(guò)材料體系“自我進(jìn)化”來(lái)主動(dòng)消弭危險(xiǎn)，為電池安全樹(shù)立全新標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前我國(guó)在鈉離子電池材料、專(zhuān)利、標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)業(yè)化等方面均走在全球前列。隨著技術(shù)持續(xù)優(yōu)化，搭載PNE智能安全體系的鈉離子電池在未來(lái)幾年內(nèi)將逐步應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)、儲(chǔ)能電站等日常生產(chǎn)生活場(chǎng)景，與鋰電池形成互補(bǔ)，為我國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)持續(xù)領(lǐng)跑全球、推動(dòng)能源高質(zhì)量發(fā)展注入強(qiáng)勁動(dòng)力。
