新型固態電池技術突破：在-40°C至55°C極端溫度下穩定運作，可望應用於eVTOL與電動車

新型固態電池技術突破溫度極限，無人機與eVTOL應用前景可期

華南師範大學研究團隊成功開發出一種新型固態聚合物電解質，能讓鋰金屬電池在極寬的溫度範圍內穩定運作，同時維持高電壓性能表現，為電動垂直起降飛行器（eVTOL）、電動車及大型儲能系統帶來新的可能性。

研究團隊設計了一種交聯聚四氫呋喃（poly(THF)）電解質，解決了固態電池長期面臨的多項關鍵挑戰。固態電池被視為傳統鋰離子電池系統的理想替代方案，因為它以更安全的固態材料取代了易燃的液態電解質。

然而，大多數固態聚合物電解質存在離子導電率低、與電池電極接觸不良，以及高電壓下穩定性不足等問題。現有的原位聚合聚醚電解質在搭配高電壓正極時也容易降解，進而縮短電池壽命並影響性能。

為克服這些限制，研究人員開發出一種透過原位聚合製程直接在電池內部形成的電解質。由於該材料在固化前以液態前驅物的形式存在，因此能與電池電極達成緊密接觸，同時兼容現有鋰離子電池的生產方法。

一次解決三大技術瓶頸

研究團隊同步攻克了三大核心問題：電壓穩定性、離子傳輸效率與電極保護。

首先，他們以四氫呋喃取代常用的單體1,3-二氧戊環（1,3-dioxolane），此一改變提升了氧化穩定性，使電解質能承受高達4.9伏特的電壓。

其次，團隊引入乙二醇二縮水甘油醚作為交聯劑，所形成的三維結構為鋰離子移動創造了額外路徑，將室溫下的離子導電率提升至3.3 mS/cm。

第三個關鍵成分是二氟草酸硼酸鋰（LiDFOB）。除了作為鋰鹽使用外，該材料同時能啟動聚合反應，並在兩個電極上形成保護性界面層。

該界面層含有氟化鋰和硼氧氟化合物，能減少不必要的副反應，並有助於在反覆充放電循環中穩定電池性能。

「我們意識到，單純設計具有高氧化穩定性的聚合物，通常意味著必須犧牲離子導電率，」研究作者表示。「這就是我們引入交聯劑的原因——在不影響電壓穩定性的前提下，為鋰離子增加跳躍位點。」

專為極端環境打造

該電解質已搭配使用富鎳NCM811和鈷酸鋰正極的鋰金屬電池進行測試。電池在4.5伏特的高截止電壓下，經過數百次充放電循環仍保持穩定，容量損失極低。

研究人員同時報告，電池可在**-40°C至55°C**的溫度範圍內正常運作，這一特性對電動車、電動垂直起降（eVTOL）飛行器以及電網級儲能系統而言極具價值。

「真正令人驚喜的發現來自LiDFOB：它不只是啟動聚合反應，還在兩個電極上建立了保護性裝甲層，」研究作者表示。「這種組合策略終於打破了穩定性與導電率之間的取捨困境。」

製造端優勢：無需更換現有產線

研究團隊同時強調了該方法在製造端的優勢。

「由於我們的製程採用原位聚合技術，電池製造商不需要大幅翻新其生產線——這是一種可直接導入的解決方案，能與現有設備相容，」研究作者表示。

研究人員相信，相同的設計策略最終可延伸應用至其他電池化學體系，包括鈉離子電池和鋰硫電池系統。

該研究成果已發表於學術期刊《eScience Energy》。

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