这一进展有望加速用于微型及可穿戴设备的全固态电子器件的商业化进程。

一支由清华大学领衔的中国研究团队开发出一种微型全陶瓷固态锂离子电池（ACMLB），专为在极端环境下安全驱动微型电子设备而设计。

它能够轻松应对酷热。研究显示，这些微型“能量堡垒”可在高达150°C（302°F）的温度下完美运行，甚至能在300°C（572°F）的骤然热冲击中承受20秒而不受损。

研究人员在论文中指出：“ACMLB在宽温域（0°C–150°C）内表现出优异的电化学性能。”论文还补充道，这类电池“具备不可燃性和高安全性，为可穿戴微型电子设备提供了一种可靠且高性能的电源解决方案”。

耐热电池

标准锂离子电池因能量密度高而被广泛使用，但其挥发性液态电解质在遇到高温或物理损伤时存在严重的起火和爆炸风险。

这一安全隐患限制了它们在航空航天设备、军事应用和工业物联网传感器等恶劣环境中的使用。

固态锂电池通过用固态介质替代液体，提供了一种不可燃的替代方案，但为微型设备开发全陶瓷版本一直困难重重。原因在于厚度与强度的权衡——为了微电子器件将陶瓷层做得足够薄，会严重损害其结构强度。

为解决这一难题，清华团队采用了一个巧妙的制造工艺：堆叠多层陶瓷。

多层堆叠解决了氧化物电解质的经典工程难题：既要薄到足以实现高能量密度，又要保持足够强度以防机械失效。这种堆叠结构还能提升单个电芯的容量。

在共烧结（将材料一同加热）过程中，界面处会自然形成一层定制的化学层。这层微米级的结构填满了所有内部缝隙，将电池“粘合”在一起，同时允许锂离子快速穿越其中。

在微型设备中的应用

该工艺制造出高度可定制、可堆叠的电池，能轻松缩放以适应不同设备，并在很宽的温度范围内保持完全稳定。

这种新型陶瓷电池能在150°C下工作——这样的温度足以让普通智能手机电池在几分钟内膨胀、破裂或爆燃成化学火灾。

在室温测试中，该电池表现出极高的稳定性，经过100次充放电循环后仍保持76%以上的初始容量，且输出功率稳定。

研究论文从技术角度解释道：“一块10并联的ACMLB在室温下以50 μA cm⁻²的电流密度进行长期循环，初始容量为105 μAh，100次循环后保持80 μAh，对应的容量保持率为76.2%。”

有趣的是，它无需任何外部压力来维持形状。更妙的是，它可以在普通空气环境中制造，而不需要昂贵的气密真空实验室，这降低了潜在的生产成本。

研究指出：“它完全不可燃，在持续外部燃烧下仍能保持结构完整性，在空气中具有卓越的热稳定性，其安全性显著优于采用液态、聚合物或复合电解质的电池。”

未来，研究人员相信这一创新有望加速面向微型和可穿戴设备的全固态电子器件的商业化。其高能量密度和不可燃的安全特性使其成为智能传感器、航空航天装置及军事应用等下一代技术的理想之选。

该研究成果已发表在期刊《Matter》上。

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