锂踪可寻！中子束破解固态电池核心困局

   传统锂电池的能量密度提升似乎触到了天花板，更棘手的是安全风险如影随形。电解液泄漏、高温起火，这些隐患始终悬在新能源汽车的发展路上。全固态锂电池被寄予厚望，它从根本上剔除了易燃的液态电解质，安全性理论上大幅跃升。然而，从实验室走向量产，循环寿命短、能量密度提升难成了横亘在前的技术壁垒。问题核心在于电池内部的锂离子行为难以捉摸——电极材料中锂浓度分布是否均匀，充放电过程中锂离子如何迁移，这些关键机制长期处于‘黑箱’状态。锂这元素可不好‘伺候’，它对X射线几乎‘隐形’，常规检测手段束手无策。近期，一项源自核科学领域的技术带来了破局曙光。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组成的联合团队，依托国家大科学装置中国先进研究堆，成功将中子深度剖面分析技术（NDP）应用于全固态锂电池研究。这相当于为科学家装上了一双能‘透视’锂分布的慧眼。中子束对轻元素锂极为敏感，穿透材料时几乎不造成损伤，整个分析过程如同进行一次精密的‘无损CT扫描’。正是借助这双‘慧眼’，研究人员首次在实验中清晰捕捉并定量证实了传统单层正极内部存在显著的纵向锂浓度梯度——电极不同深度的锂含量差异悬殊。这一不均匀分布正是导致电池性能衰减的关键内因。基于这一发现，团队提出梯度电极设计新思路，通过在电极厚度方向调控材料构成，成功实现了锂离子的均匀迁移和浓度平衡，为突破固态电池的循环寿命瓶颈提供了坚实的实验支撑。该成果已发表于国际顶级期刊《Energy&EnvironmentalScience》，引发领域内高度关注。论文第一作者清华大学博士生梁俊威在实验记录中感慨：‘过去只能靠模型推测锂分布，如今能直接‘看见’并验证，设计优化终于有了精准靶点。’背后是原子能院核物理所团队十年如一日的坚持。他们在国家自然科学基金持续支持下，默默攻坚，最终研发出这套国际领先的中子深度剖面分析装置与方法学。‘大科学装置的独特优势在此凸显，’一位参与该项目的资深研究员表示，‘中子技术不仅服务于核能，更在能源材料这样的交叉前沿催生变革。’几乎同时，产业端传来呼应。上汽集团率先实现固态电池量产装车，其能量密度突破400Wh/kg，智己L6更以‘超快充固态电池’为卖点，宣称突破1000公里续航。但狂热背后也有冷思考。辉能科技近期警示，部分硫化物固态电解质在高温下仍可能释放可燃气体，存在热失控风险。这恰恰印证了基础研究对产业健康发展的基石作用——只有像中子分析这样深入‘看透’材料内部，才能真正从根源上设计出既高性能又本质安全的电池。当中子束‘照亮’锂的踪迹，全固态电池的进化路径正变得清晰。从理解浓度梯度到设计梯度电极，从实验室的原子观测到工厂的量产线，一场能源存储的深层革命，才刚刚开始。