在实验室深处，一块看似普通的电池材料被送入中国先进研究堆。科学家启动中子深度剖面分析装置，一束中子束精准穿透电极材料。随着探测器的信号闪烁，锂原子在电极中的分布图景首次清晰展现——电极上层“缺锂”严重，下层锂却“堆积成灾”。

这种不均匀分布正是全固态锂电池性能提升的核心瓶颈。2025年8月，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的联合团队在国际顶级期刊《能源与环境科学》发表突破性研究成果。

他们首次通过实验直接观测并定量证实了全固态锂电池中显著的纵向锂浓度梯度，并提出创新解决方案，为解决这一困扰业界多年的难题打开新路径。

能源革命的明日之星

全固态锂电池被誉为“下一代能源革命”技术。与传统锂离子电池使用液态电解质不同，全固态电池采用固态电解质材料。这一改变带来多重优势：安全性显著提升，能量密度更高，电池体积更小。

它从根本上杜绝了传统锂电池可能出现的电解液泄露、起火爆炸等安全隐患，能够满足从智能手机到电动汽车等各领域对高性能电源的迫切需求。

在电动汽车领域，全固态电池意味着续航里程的大幅提升和充电时间的显著缩短；对消费电子产品而言，它预示着更轻薄设计和更长续航时间的可能。

尽管前景广阔，但循环稳定性和能量密度提升等问题一直是制约其商业化的“拦路虎”。要解决这些问题，必须深入理解电极内部反应机制。而其中最大的科学障碍就是锂元素的“可视化”检测难题。

透视锂分布的“慧眼”

锂元素作为电池中最关键的活动离子，其分布状态直接影响电池性能。然而由于锂是元素周期表中最轻的金属元素，常规检测技术对其束手无策。这一难题长期困扰着电池研究者，成为制约全固态锂电池性能提升的关键瓶颈。

联合研究团队创造性地引入中子深度剖面分析技术，如同给锂电池研发装上了“透视锂分布的慧眼”。这种先进的核分析技术是中子活化分析技术的分支，能够利用中子束“透视”材料内部，实现无损的“CT扫描”。

中子深度剖面分析技术对锂元素这类轻元素极其敏锐，整个检测过程具有高灵敏、高分辨、无损等突出特点。特别适合开展对空气和水分敏感的电池材料研究，在锂电池研究领域展现出无可比拟的优势。

当中子束穿透电池材料时，会与其中的锂原子发生核反应，产生可被检测的带电粒子。通过分析这些粒子的能量和数量，研究者能够精确获得锂元素在材料中的三维分布信息，追踪锂离子在电池充放电过程中的传输路径。

这项技术的成功应用得益于原子能院核物理所活化分析研究团队十多年的技术积累。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。

颠覆性发现与创新方案

当研究团队将传统单层正极材料置于中子深度剖面分析装置中，获得的结果令人震惊。实验数据首次通过定量方式证实，在电极厚度方向上存在显著的锂浓度梯度，电极上层的锂含量远低于下层。

在100微米厚的电极中，锂浓度差异最大达到5倍。形象地说，如同把一杯盐糖水静置后，上面淡到可以养鱼，下面却咸到能腌咸菜。这种不均匀分布直接导致上层材料“吃不饱”，下层材料“撑得慌”。

这一现象解释了为何传统全固态电池性能受限——锂离子在厚电极中传输困难，导致电极材料利用率低，电池内阻增大，进而影响能量密度和循环寿命。基于这一颠覆性发现，研究团队创新性地提出了梯度电极设计思路。

他们打破传统单层正极的均质结构，将正极设计成多层“台阶”状，让每层锂浓度像梯田一样逐级下降。同时构建三维电子导电网络，为锂离子打造“高速通道”。

梯度电极结构使锂离子在充放电过程中能够均匀分布，大幅提高电极材料利用率。研究团队采用这一创新设计制作的2Ah软包电池，性能指标取得突破性进展——循环500次后容量保持率从65%飙升至92%，能量密度稳定达到400Wh/kg。

对普通电动车用户而言，这意味着同样体积的电池包，续航里程有望从600公里提升到800公里。冬天跑长途时，车主再也不用裹着羽绒服关空调省电了。

梯度电极设计的另一优势在于其与现有生产工艺的良好兼容性。研究团队证实，利用现有涂布设备就能实现梯度涂布，无需引入昂贵的干法电极或纳米级包覆技术，大大降低了产业化的门槛。

中子“CT”赋能下的这一突破，标志着我国在全固态锂电池这一全球竞逐的“下一代能源革命”核心技术领域，取得了从基础认知到工程应用的关键性跨越。它为彻底解决全固态电池的“阿喀琉斯之踵”提供了坚实的科学依据和可行的技术路线，为中国乃至世界加速拥抱更安全、更高性能的能源未来，注入了强大的“芯”动力。曙光已现，未来可期。

       原文标题 : 中子技术给电池做“CT”，全固态锂电池关键瓶颈又迎突破！