在新能源汽车和储能系统快速发展的当下，锂离子电池作为核心技术支撑，其安全性与寿命备受瞩目。近期，我国科研团队成功研发出一项具有重大意义的锂离子电池原位膨胀力监测技术，为锂离子电池的“健康”管理带来了革命性的突破，有望使电池寿命延长30%，安全系数实现翻倍提升。
一、锂离子电池的关键挑战
锂离子电池虽凭借高能量密度和长循环寿命在诸多领域广泛应用，但其在使用过程中面临着锂枝晶生长和SEI膜生长等问题，这些问题犹如悬在电池安全与寿命头上的“达摩克利斯之剑”。锂枝晶是一种在电池充放电过程中形成的锂金属纤维状沉积物，它容易刺穿电池隔膜，引发电池内部短路，从而导致起火、爆炸等安全事故。据相关统计数据显示，在电池故障案例中，因锂枝晶引起的短路故障占比高达18%。而SEI膜在电池首次充放电时于负极表面形成，虽能防止电解液进一步分解，但其增厚会增加电池内阻，降低电池容量和循环寿命，致使电池容量衰减速度加快20%-30%。
图：系统示意图 (a) 植入电池内的一体式离电传感技术；（b）一体式离电传感器结构图；（c）压力传感单元压力响应机理；（d）参比单元监测电解液离子电导性原理；（e）通过补偿算法消除环境因素对压力传感单元的干扰
二、传统监测技术的困境
为监测电池内部状态，传统的植入式光纤监测方法存在明显局限。一方面，其系统尺寸较大，难以适配电池小型化、集成化的发展趋势；另一方面，光纤力学性能脆弱，在电池复杂的内部环境中易损坏，致使监测数据中断或失真。而柔性压力传感器虽具备一定优势，但面临腐蚀性电解液环境时，长期稳定性难以保障，通常在电池电解液环境中工作数小时至数天性能便大幅下降，无法满足电池长期稳定监测的需求，这些困境严重制约了电池监测技术的发展。
三、我国新监测技术的创新突破
我国科研团队开发的一体式离电传感技术为行业带来曙光。该技术巧妙利用锂离子电池自身的电解液和材料构建传感界面，无需额外封装，实现了高精度压力监测。其与电池材料高度兼容，有效解决了传统柔性压力传感器在腐蚀性环境中的稳定性难题。实验数据显示，一体式离电传感技术对Pa级别的膨胀力变化敏感，能在电池内稳定工作超过1个月。通过充放电循环400周加速老化实验，该技术精准捕捉到锂枝晶的不可逆沉积以及因SEI层增厚和锂枝晶生长导致的压力累积，且发现压力变化与容量衰减趋势高度吻合，相关性系数达0.95以上，验证了其监测的精准性与可靠性。
四、新技术对电池寿命与安全的显著提升
基于实验和数据分析，这项新技术可使电池寿命延长30%。在实际应用中，这意味着电动汽车的电池更换周期有望从当前的8-10年延长至10-13年，大大降低了消费者的使用成本和制造商的售后成本。同时，安全系数实现翻倍提升，主要体现在能够提前预警锂枝晶生长等安全隐患。通过实时监测膨胀力变化，一旦检测到异常，可及时采取措施，如调整充电策略、限制放电深度等，将安全事故的发生率降低50%以上。
五、新技术的产业应用前景
对于新能源汽车产业而言，该技术的推广应用将推动电池管理系统升级，提升整车安全性和可靠性，增强产品市场竞争力。据估算，若新技术在电动汽车领域广泛应用，可使全球电动汽车电池故障率下降15%-20%，每年为车企节省售后维修成本超100亿美元。在储能系统领域，其能保障大规模储能电站的安全稳定运行，降低运维成本，随着储能市场规模的扩大，预计到2030年，可为储能行业创造超500亿美元的经济效益。
六、结语
我国科研团队研发的锂离子电池原位膨胀力监测技术，成功突破传统监测技术瓶颈，为锂离子电池的高效、安全使用提供了有力保障。其让电池“寿命”延长30%、安全系数翻倍的显著优势，必将在新能源汽车和储能系统等领域引发深远变革，推动全球新能源产业迈向新高度，充分彰显了我国在新能源关键核心技术研发领域的强大实力和担当，为实现碳达峰、碳中和目标贡献关键力量。
