中國儲能網(wǎng)訊：在新能源汽車的發(fā)展中，電池安全是車主最關(guān)心的問題。日前，中國科學(xué)院物理研究所胡勇勝團隊在國際頂級期刊《自然·能源》上發(fā)表重磅研究成果：團隊成功開發(fā)出具有自保護功能的可聚合不燃電解質(zhì)（PNE），在全球范圍內(nèi)首次于安時級鈉離子電池體系中實現(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，不僅為大規(guī)模儲能的安全提供了解決方案，更憑借低成本與高兼容性兩大優(yōu)勢，顯著加速了我國鈉離子電池產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)化進程。
熱失控與民生安全息息相關(guān)
在日常生活中，電動汽車、儲能設(shè)備等使用場景中，電池安全始終是公眾關(guān)注的焦點。以電動汽車為例，其充電時突發(fā)起火往往源于電池內(nèi)部“防護墻”的失效。當(dāng)電池遭遇過度充電、內(nèi)部短路、外部撞擊擠壓造成變形破損、長期處于高溫環(huán)境等極端情況時，內(nèi)部熱量會快速累積并突破極限，進而觸發(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，帶來嚴重的人身安全威脅與財產(chǎn)損失。
長期以來，電池安全防護大多停留在被動阻燃的層面，難以從源頭杜絕熱失控的發(fā)生。此次，胡勇勝團隊瞄準這一核心痛點，研制出能“自動變身”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電動汽車出行將大幅降低火災(zāi)安全隱患，也預(yù)示著更安全、更廉價的綠色能源加速走進千家萬戶。
大家都很熟悉鋰電池，那鈉離子電池是什么？簡單來說，鈉離子電池不依賴鋰、鈷、鎳等稀缺資源，以自然界儲量極豐富、價格低廉的鈉鹽（與食鹽成分類似）作為能量載體，更適合大規(guī)模儲能與商用推廣。發(fā)展鈉離子電池，有助于擺脫關(guān)鍵礦產(chǎn)資源對外依賴，保障國家能源供應(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、性能上獨具優(yōu)勢，擁有更出色的倍率性能和寬溫適應(yīng)性，可廣泛應(yīng)用于電動汽車、重型卡車、大規(guī)模儲能電站、數(shù)據(jù)中心備用電源等關(guān)鍵場景。而此次成果中提到的安時級鈉離子電池，是鈉離子電池從實驗室微型紐扣電池走向工業(yè)化實際應(yīng)用的關(guān)鍵標志。安時級鈉離子電池是指電池容量達到1安時及以上的實用化電芯，容量與日常使用的手機電池相當(dāng)，是真正具備量產(chǎn)條件、可投入市場的商用級鈉離子電池。
三大突破重塑電池安全防護體系
熱失控的危險性在于其不可逆、連鎖式的反應(yīng)特點，一旦單體電池失控會迅速誘發(fā)整組電池接連失控，瞬間釋放的高溫與可燃氣體足以引發(fā)猛烈起火甚至爆炸。傳統(tǒng)鈉離子電池雖然在正負極材料與鈉鹽的熱穩(wěn)定性上優(yōu)于鋰電池，但在安時級大容量應(yīng)用場景中，依舊無法完全規(guī)避熱失控隱患。
針對這一行業(yè)難題，胡勇勝團隊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體系。
傳統(tǒng)阻燃電解液多為“被動不燃”，只能降低起火概率，而PNE是主動防御，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系統(tǒng)：在電池正常工作時，它能通過獨特的溶劑化設(shè)計，構(gòu)建穩(wěn)固的充放電界面，保障電池高效穩(wěn)定運行；當(dāng)電池因異常情況溫度升高到150℃至200℃時，PNE會立即發(fā)生原位聚合反應(yīng)，從液態(tài)快速轉(zhuǎn)化為堅韌致密的聚合物屏障，從物理上隔絕正負極之間的危險接觸與化學(xué)串?dāng)_，徹底切斷熱失控的傳播路徑，實現(xiàn)從“被動阻燃”到“主動防御”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
研究利用PNE構(gòu)建了三層遞進防護：第一，PNE自身本質(zhì)不燃（耐熱），從源頭降低燃燒風(fēng)險；第二，聚焦界面守護，在電極表面形成穩(wěn)固的保護膜，減少副反應(yīng)產(chǎn)生熱量；第三，高溫下自動形成物理阻隔。這就好比一個專業(yè)的安保系統(tǒng)，既是防火材料，又有監(jiān)控預(yù)警，還有自動降下的物理閘門，三重防護遠比單一阻燃更可靠。
突破二：智能變身打造自動合閘“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)備運行時，它保持液體狀態(tài)，保障電能高速傳輸、電池正常工作；當(dāng)溫度觸及危險閾值時，它即刻從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，這個過程就像電路中的“自動斷路器”或建筑里的“自動防火閘”，徹底切斷熱失控在電池內(nèi)部的蔓延路徑，將危險扼殺在萌芽狀態(tài)，實現(xiàn)安時級鈉離子電池的本質(zhì)安全。
突破三：兼顧安全與性能具備強大產(chǎn)業(yè)化潛
很多實驗室的高安全電解液往往以犧牲性能為代價，但PNE實現(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汽車“續(xù)航短”的問題。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，無需特殊定制，解決了實驗室成果難以大規(guī)模量產(chǎn)的痼疾，預(yù)示著該技術(shù)能迅速從論文走向生產(chǎn)線。
助力國家新能源戰(zhàn)略落地
自2011年以來，胡勇勝團隊深耕鈉離子電池應(yīng)用基礎(chǔ)研究，在《科學(xué)》《自然·能源》等國際頂級期刊發(fā)表論文300余篇，牽頭制定了國內(nèi)首個鈉離子電池團體標準《鈉離子蓄電池通用規(guī)范》，斬獲北京市自然科學(xué)獎一等獎等多項重磅榮譽，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。
正是基于長期扎實的科研積累，胡勇勝團隊此次取得的PNE重大突破，是我國鈉離子電池領(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，鞏固我國在鈉離子電池領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，為鈉離子電池規(guī)?；涞靥峁┖诵募夹g(shù)支撐；民生層面，為電動汽車、儲能電站等場景提供更安全、低成本的電池選擇，尤其適配北方低溫儲能需求；國家戰(zhàn)略層面，以自主創(chuàng)新彰顯科技自立自強，為國家“雙碳”目標實現(xiàn)和能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型提供核心技術(shù)支撐。
PNE實現(xiàn)安時級鈉離子電池?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外部冷卻、滅火系統(tǒng)，而是可以通過材料體系“自我進化”來主動消弭危險，為電池安全樹立全新標準。當(dāng)前我國在鈉離子電池材料、專利、標準、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幾年內(nèi)將逐步應(yīng)用于電動汽車、儲能電站等日常生產(chǎn)生活場景，與鋰電池形成互補，為我國新能源產(chǎn)業(yè)持續(xù)領(lǐng)跑全球、推動能源高質(zhì)量發(fā)展注入強勁動力。
