中子技术“看透”锂！我国科学家突破全固态锂电池关键难题

全固态锂电池被誉为“下一代能源革命”技术，其从根本上杜绝了传统锂电池可能出现的泄露、起火等风险，安全性显著提升。但其商业化应用仍面临诸多“拦路虎”，比如循环稳定性和能量密度提升等。要解决上述问题，需深入理解电极内部反应机制。然而，锂元素的“可视化”检测一直是行业痛点，这正是制约全固态锂电池性能提升的关键。

近日，中核集团中国原子能科学研究院与清华大学深圳国际研究生院依托中国先进研究堆，利用中子深度剖面分析（Neutron Depth Profiling, NDP）技术，精准揭示了全固态锂电池传统单层正极（CC）的关键缺陷，首次通过实验直接观测并定量证实了显著的纵向锂浓度梯度，在电极厚度方向上实现了锂浓度的均匀分布，为梯度电极核心设计工作提供了有力的实验依据，为推动全固态锂电池基础科学认知及其工程化应用作出重要贡献。

该研究成果发表于国际顶级期刊《Energy & Environmental Science》（《能源与环境科学》，影响因子30.8）。论文作者为清华大学深圳国际研究生院博士生梁俊威、大湾区大学助理教授钱坤、原子能院核物理研究所研究员肖才锦等，通讯作者为清华大学深圳国际研究生院教授柳明。

▲（a）固态电池正极利用中子深度剖面分析技术测量示意图（b）传统单层正极和新型电荷转移优化正极利用中子深度剖面分析技术获得的锂浓度分布曲线对比

中子深度剖面分析技术是一种先进的核分析技术，是中子活化分析技术的分支，可以利用中子束“透视”材料内部，就像做一次“无损的CT扫描”。由于中子对锂元素这类轻元素极其敏锐，整个“扫描”过程具有高灵敏、高分辨、无损等特点，所以在开展对空气/水分敏感的电池材料研究时，中子深度剖面分析技术展现出无可比拟的优势。它能追踪锂离子在电池充放电时的传输过程，就像为锂电池研发装上了“透视锂分布的慧眼”，为优化电池设计、提升电池性能提供精准“导航”。

▲中子深度剖面分析装置图

十多年来，原子能院核物理所活化分析研究团队一直紧跟中子深度剖面分析技术，在国家自然科学基金项目支持下，团队依托中国先进研究堆，研发出国际领先的中子深度剖面分析装置和技术方法，为我国核工业发展，以及半导体、锂电池等领域科技创新提供了先进的分析测试方法。