圖片由AI生成（來源：中國科學院物理研究所）
錫基安時級軟包電池的制備工藝及電化學性能
據中國科學院物理研究所消息，近日，該所團隊攻克錫基負極核心技術難題，讓低成本、高能量密度的鈉離子電池向實用化更進一步，有望緩解電池續航焦慮。
鈉離子電池資源豐富、原料易得、成本低廉，性價比顯著。然而，它也存在一個短板：同等體積下存電能力偏弱，難以滿足電池續航需求。錫基負極材料本是彌補這一短板的“好幫手”——其容量和密度高于傳統碳材料，能在有限空間里儲存更多電量，同時兼具安全性好、易加工等特點，甚至可以直接適配現有電池生產線。但錫基負極自身有一個“頑疾”：充放電時體積變化較大，反復的膨脹收縮會導致材料粉化失效，進而使電池容量快速“縮水”。以往的改進辦法要么犧牲儲電能力，要么增加成本，始終難以兩全。
針對上述技術難題，科研團隊利用單壁碳納米管與錫顆粒之間的強吸附作用，為錫顆粒量身打造出一個堅固的“支架網絡”。這一網絡不僅能在電極制作時防止錫顆粒“抱團”，使材料分布更加均勻，還能在電池反復充放電過程中牢牢“兜”住錫顆粒，從而穩定其結構。
在此基礎上，團隊結合人工智能和拓撲學分析的新方法，摸清了背后的科學原理。該“支架網絡”不會因體積變化而“散架”，既能保證錫顆粒充分參與反應，又能讓顆粒間始終保持緊密的電接觸，從而兼顧高效儲電與耐用性。采用新方法制備的錫負極，可逆容量達到789.4毫安時/克；在2安培/克的大電流下，循環6000次后容量仍能保留87.6%。
隨后，科研團隊完成了公斤級的放大實驗，所組裝的鈉離子電池體積能量密度超過453瓦時/升，支持4C高倍率、15分鐘快速充放電，并且在-20℃的低溫環境下依然表現良好。
這項研究為錫基負極材料找到了一條實用化路徑，推動高能量密度、低成本鈉離子電池邁出關鍵應用步伐，有望改善電池續航、充電、低溫掉電等問題，未來可應用于大規模儲能等領域。
相關研究成果發表在《自然-能源》（Nature Energy）上。研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院相關項目、京津冀基礎研究合作專項、第十屆中國科協青年人才托舉工程項目的支持。
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