《科創(chuàng)板日?qǐng)?bào)》5月26日訊（記者 余詩(shī)琪）在動(dòng)力電池技術(shù)狂奔了十年之后，行業(yè)正悄然駛?cè)搿盁o(wú)人區(qū)”。當(dāng)液態(tài)鋰電池的能量密度逐漸逼近理論極限，下一代電池技術(shù)——全固態(tài)電池似乎已身處量產(chǎn)前夜，但企業(yè)發(fā)現(xiàn)，全固態(tài)電池在材料、技術(shù)、設(shè)備等方面仍然瓶頸重重，傳統(tǒng)的試錯(cuò)式研發(fā)已力不從心。

“我們最關(guān)心的問(wèn)題是——電池為什么不能永生？”合肥國(guó)軒高科工程研究總院副院長(zhǎng)張崢在對(duì)接會(huì)上直言。這個(gè)看似哲學(xué)的發(fā)問(wèn)，背后是真實(shí)的技術(shù)困局：材料微觀結(jié)構(gòu)如何演化？界面反應(yīng)機(jī)理是什么？電池失效的臨界點(diǎn)在哪里？

要回答這些問(wèn)題，需要一雙能“看穿”原子級(jí)動(dòng)態(tài)過(guò)程的眼睛。而這正是大科學(xué)裝置——同步輻射光源的用武之地。

一場(chǎng)“破圈”的對(duì)接會(huì)

日前，長(zhǎng)三角大科學(xué)裝置（光源類(lèi)）聯(lián)盟首場(chǎng)產(chǎn)業(yè)對(duì)接會(huì)在合肥舉行。這場(chǎng)聚焦儲(chǔ)能電池的會(huì)議，吸引了國(guó)軒高科、寧德時(shí)代、奇瑞汽車(chē)等頭部企業(yè)，以及上海光源、合肥光源、蘇州實(shí)驗(yàn)室等頂尖科研機(jī)構(gòu)。近百名代表坐在同一間會(huì)議室里，目標(biāo)明確：讓“大科學(xué)”與“大產(chǎn)業(yè)”真正握上手。

“以前大科學(xué)裝置主要是服務(wù)前沿基礎(chǔ)研究，但近些年企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)對(duì)它的需求越來(lái)越高。”中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授、國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室主任劉嘯嵩表示。他提到一組數(shù)據(jù)：截至2023年底，國(guó)家已規(guī)劃布局建設(shè)77個(gè)大科學(xué)裝置，已覆蓋主要科研領(lǐng)域，部分設(shè)施綜合水平已進(jìn)入世界一流水平。然而，裝置與市場(chǎng)之間長(zhǎng)期存在一條隱形的“斷頭路”。

這條路的堵點(diǎn)，張崢體會(huì)很深。他負(fù)責(zé)國(guó)軒高科的研發(fā)實(shí)驗(yàn)室，每年投入巨額的資金購(gòu)置國(guó)際頂尖表征設(shè)備，“但光的能量不夠——畢竟是單體設(shè)備”。同步輻射光源作為一種利用相對(duì)論性電子（或正電子）在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生光的大科學(xué)裝置，光子能量覆蓋真空紫外到硬X射線波段，通過(guò)聯(lián)用電、磁等多種探針，可對(duì)電池的正負(fù)極材料、電解液、隔膜等組件進(jìn)行微觀尺度的深入分析。

除了同步輻射光源裝置數(shù)量本身的稀缺之外，另一面的“稀缺”是溝通的高墻。“我們和合肥光源合作初期，一開(kāi)始80%的時(shí)間都在互相問(wèn)‘你在干啥’‘你為什么要這樣’。”張崢坦言，企業(yè)不懂裝置的邊界條件，因此提的需求天馬行空；科研人員對(duì)裝置手段非常熟悉，但難以直觀理解電池產(chǎn)線上真正的痛點(diǎn)。“這是一個(gè)典型的跨行業(yè)翻譯問(wèn)題。”

聯(lián)盟的價(jià)值，恰恰在于充當(dāng)這個(gè)“翻譯官”。通過(guò)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室管理委員會(huì)、年度會(huì)議、需求對(duì)接會(huì)、周例會(huì)等機(jī)制，國(guó)軒高科與合肥光源已經(jīng)摸索出一套穩(wěn)定的“揭榜掛帥”的模式：企業(yè)凝練場(chǎng)景需求，光源提供機(jī)時(shí)和智力資源，雙方團(tuán)隊(duì)聯(lián)合攻關(guān)。目前雙方已開(kāi)展8個(gè)合作項(xiàng)目，不僅發(fā)表了高水平論文，還直接推動(dòng)了磷酸鐵鋰材料的技術(shù)升級(jí)。“同步輻射的表征手段給了我們非常大的指導(dǎo)作用。”張崢說(shuō)。

從“看見(jiàn)”到“用上”：一束光如何照進(jìn)生產(chǎn)線

如果說(shuō)基礎(chǔ)研究追求“看見(jiàn)”，那么產(chǎn)業(yè)界追求的是“用上”。在對(duì)接會(huì)上，一個(gè)關(guān)于“金屬異物”的案例，生動(dòng)展示了這束光如何從實(shí)驗(yàn)室照進(jìn)生產(chǎn)線。

電池生產(chǎn)中最怕兩樣?xùn)|西：水和金屬顆粒。水會(huì)影響性能，而金屬顆粒——尤其是正極混入的鐵、銅、鋅等異物——在電池內(nèi)部的枝晶生長(zhǎng)過(guò)程可能會(huì)刺穿隔膜，造成微短路、自放電異常，甚至熱失控。行業(yè)普遍知道這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)，但問(wèn)題在于：多大尺寸的異物顆粒在什么條件下會(huì)真正造成破壞？溶解和沉積的動(dòng)力學(xué)過(guò)程是怎樣的？哪些環(huán)節(jié)最需要管控？

“過(guò)去我們是離線式的、靜態(tài)的分析，無(wú)法捕捉電池真實(shí)工作中的動(dòng)態(tài)變化。”張崢說(shuō)。借助合肥光源的軟X射線成像線站，團(tuán)隊(duì)對(duì)隔膜上的“黑點(diǎn)”（金屬異物沉積導(dǎo)致的缺陷）進(jìn)行了三維結(jié)構(gòu)分析，從超薄切片到元素分布，再到電化學(xué)仿真，一步步還原了鐵枝晶的生長(zhǎng)過(guò)程。

他們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)此前未被注意的現(xiàn)象：鐵枝晶并不是筆直地刺穿隔膜，而是中間會(huì)出現(xiàn)條帶狀的結(jié)構(gòu)——這些條帶不是空的，里面充滿(mǎn)了鋰。鋰在充放電過(guò)程中快速動(dòng)態(tài)變化，而鐵的變化極其緩慢。“鐵沉積后會(huì)堵住負(fù)極表面的活性位點(diǎn)，提供一個(gè)比負(fù)極電位更低的電位，誘導(dǎo)鋰沉積。放電時(shí)鋰溶解，卻把鐵往前推了一步……最后形成了‘死鐵’。”

這個(gè)發(fā)現(xiàn)直接改進(jìn)了產(chǎn)線工藝。國(guó)軒高科據(jù)此制定了鐵顆粒的臨界值標(biāo)準(zhǔn)、除磁裝置的磁場(chǎng)強(qiáng)度要求、現(xiàn)場(chǎng)潔凈度管控標(biāo)準(zhǔn)，甚至K值（自放電）的篩選要求。“科學(xué)問(wèn)題和生產(chǎn)問(wèn)題是兩個(gè)方向，但這個(gè)項(xiàng)目既解決了科學(xué)問(wèn)題，又解決了生產(chǎn)問(wèn)題。”張崢評(píng)價(jià)道。

而這樣的精準(zhǔn)對(duì)接，正在長(zhǎng)三角加速?gòu)?fù)制。劉嘯嵩透露，去年金華市政府投資在合肥光源建成了一條“共振散射線站”，半年內(nèi)就有當(dāng)?shù)?0余家企業(yè)使用，同時(shí)中科院化學(xué)所的科研團(tuán)隊(duì)也借此發(fā)表了頂級(jí)成果。“地方政府投資，在光源上建設(shè)專(zhuān)用線站，重點(diǎn)服務(wù)地方產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新需求，這是1+1>2的典型。”

中科固能董事長(zhǎng)吳凡對(duì)此充滿(mǎn)期待。這家專(zhuān)注于硫化物固態(tài)電解質(zhì)材料的企業(yè)，總部在溧陽(yáng)，距離合肥很近。“固態(tài)電池的研發(fā)，需要從納米到毫米級(jí)、從時(shí)間到空間的多尺度表征。除了同步輻射，幾乎沒(méi)有其他技術(shù)能一站式提供結(jié)構(gòu)、圖像、電子態(tài)等全方位信息。”

吳凡說(shuō)，公司今年已有數(shù)十噸硫化物電解質(zhì)材料出貨，預(yù)計(jì)2027年市場(chǎng)需求達(dá)千噸級(jí)，2030年將達(dá)3至5萬(wàn)噸。“聯(lián)盟讓我們有機(jī)會(huì)用上最前沿的表征手段，加速材料迭代，避免‘卷價(jià)格’，而是走差異化競(jìng)爭(zhēng)的新路。”

從“各用各的光”到“共用一張網(wǎng)”

和中科固能一樣的企業(yè)還有很多，長(zhǎng)三角正在成為光源類(lèi)大科學(xué)裝置最密集的區(qū)域。據(jù)劉嘯嵩介紹，目前北京、上海、合肥已建成運(yùn)行的三個(gè)同步輻射光源的光束線約70%集聚在長(zhǎng)三角，一半以上對(duì)儲(chǔ)能行業(yè)有用。

過(guò)去，上海企業(yè)用上海光源，合肥企業(yè)用合肥光源，彼此割裂。但長(zhǎng)三角一體化戰(zhàn)略正在改變這一格局。“上海擅長(zhǎng)高能區(qū)，合肥擅長(zhǎng)中低能區(qū)，不是簡(jiǎn)單的重復(fù)建設(shè)，而是能區(qū)互補(bǔ)、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。”劉嘯嵩說(shuō)。聯(lián)盟的下一步，是推動(dòng)裝置間的數(shù)據(jù)共享、方法共享，讓用戶(hù)提交一個(gè)申請(qǐng)，就能在上海、合肥甚至在北京的不同線站上獲得機(jī)時(shí)。

更遠(yuǎn)的規(guī)劃涉及多元投資。合肥先進(jìn)光源一期建設(shè)10條光束線，預(yù)計(jì)2028年上半年試運(yùn)行。而在一期和二期之間的窗口期，聯(lián)盟正積極推動(dòng)企業(yè)、地方政府以獨(dú)立或聯(lián)合投資的形式建設(shè)專(zhuān)用光束線站。“企業(yè)認(rèn)為哪類(lèi)線站對(duì)他們最有用，愿意投資，再結(jié)合地方政府支持，我們就推動(dòng)建設(shè)。”劉嘯嵩說(shuō)。

作為此次活動(dòng)的承辦單位、長(zhǎng)三角大科學(xué)裝置（光源類(lèi)）聯(lián)盟的辦公室單位，科大硅谷公司將當(dāng)好聯(lián)盟的服務(wù)員，積極建設(shè)貫通式公共服務(wù)平臺(tái)矩陣，通過(guò)整合全市重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)公共服務(wù)平臺(tái)資源，促進(jìn)技術(shù)供需雙向聯(lián)動(dòng)，助力更多優(yōu)質(zhì)科技成果“沿途下蛋”“落地生金”。

對(duì)接會(huì)上有一個(gè)細(xì)節(jié)：會(huì)議材料中，每個(gè)光源裝置都標(biāo)注了清晰的聯(lián)絡(luò)人。這不是形式主義，而是聯(lián)盟刻意打造的“精準(zhǔn)匹配”機(jī)制——讓企業(yè)知道找誰(shuí)、怎么找、能找到什么。

“大科學(xué)裝置要走出實(shí)驗(yàn)室、走向生產(chǎn)線、融入產(chǎn)業(yè)鏈。”安徽省發(fā)改委相關(guān)負(fù)責(zé)人在會(huì)上表示。而對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)，這束光的價(jià)值遠(yuǎn)不止于發(fā)論文，更在于提供看清微觀世界的手段。正如張崢?biāo)f(shuō)：“知道問(wèn)題，就解決了一半。”

當(dāng)長(zhǎng)三角的光源織成一張網(wǎng)，當(dāng)企業(yè)不再需要購(gòu)置昂貴的常規(guī)表征設(shè)備，當(dāng)科學(xué)家和工程師坐在同一張桌子前“翻譯”彼此的需求——固態(tài)電池從實(shí)驗(yàn)室到量產(chǎn)的路，或許會(huì)比預(yù)想的更短一些。