手机电池续航严重下降，你会怎么办？换部新手机？电动车性能衰减、异常，你会怎么办？找售后？但如果是一家电池企业，面对批量产品性能衰减、寿命不及预期，甚至偶尔“闹脾气”起火爆炸，他们该怎么办？

在东莞松山湖，一群特殊的“电池医生”正试图给出答案。他们没有听诊器和手术刀，却配备了一系列功能先进的“超级装备”——能透视电芯内部的高分辨CT、可以一边给电池充放电一边拍X光的原位衍射仪......“生病”的电池送到这里，都能经历一场从原子级到厘米级的全方位“体检”。

小角X射线散射仪

“我们给自己的定位就是‘电池医生’。”大湾区大学物质科学学院助理教授、研究员钱坤说，“电池也会生各种病，产气鼓包、充不进电、突然罢工，把“生病”的电池送到我们这儿，我们给它诊断，找到病根。”

钱坤负责的先进储能实验室（XEnergy Laboratory），专注于锂离子电池正极材料、电解液与界面、电池寿命及失效机制、人工智能与储能材料计算等前沿方向。

先进储能实验室

先进储能实验室

钱坤团队为电池问诊的“法宝”，不仅来自实验室自身的研究积累，更源于其背后强大的平台支撑。

依托东莞市固态电池材料重点实验室以及大湾区大学斥资数亿元打造的物质科学能力实验室——大型科研仪器共享平台。钱坤团队可以调用从元素分析、物性表征到微观结构观测、材料制备加工的全链条高端设备。这一平台覆盖材料制备、微观结构观测、物性表征、计算模拟等环节，且多数设备配备了高端的“原位”测试功能，成为这群“电池医生”强大的“影像科”与“检验科”。

“普通的测试是静态的，只能看到电池测试前后的状态；而我们的设备实现了充放电过程中的连续、原位观测，能够动态追踪电池内部的实时演变。”钱坤解释道。以原位X射线衍射仪为例，它能在电池充放电的“工作状态”下，实时监测其内部晶体结构和化学变化。这对解析电池容量衰减、锂损失等核心问题至关重要。

原位X射线衍射XRD

X射线光电子能谱(XPS)

平台内的一台配备氙离子源和TOF-SIMS的双束电子显微镜，是“王牌”设备之一。不同于常规的镓离子源，氙等离子体切割效率更高，且在切割金属锂等活泼样品时不会引发合金化反应，能呈现材料内部截面的真实状态。配合纳米级的三维重构技术，研究人员可以像做“微创手术”一样，精准分析电极内部的锂元素分布，以及孔隙、裂纹等“病灶”演化。

等离子体聚焦离子束扫描电子显微镜

从能够分析电池产气成分的电化学微分质谱仪、热重-气相色谱质谱联用仪，到可同时观测形貌与化学成分的纳米红外光谱仪，再到定位电池内部缺陷的超声检测与CT断层扫描，这套完整的“诊疗”体系，让大湾区大学的“电池医生”们能够从宏观电化学性能到原子级结构，层层递进地构建失效分析图谱。

热重-气相色谱质谱联用仪

纳米红外Nano-IR

“这就像医院里有CT、有核磁、有化验科，我们能做到多维度、多尺度的综合诊断。”钱坤表示。

值得一提的是，大湾区大学设立了中子科学中心，与中国散裂中子源共同建设和管理工程材料衍射谱仪（国内首台）、大湾区领先的松山湖算力中心以及信息通信科研设备共享平台等科研基础设施，进一步为电池材料与器件的深层次研究与产业协同提供了坚实支撑。

松山湖算力中心

全固态电池被视为下一代储能技术的重要发展方向之一。固态电极内部离子和电子传输的不平衡，导致电极内部电化学反应严重不均，形成显著的锂浓度梯度。如同在电池内部出现了“交通拥堵”，这不仅大大降低了活性材料的利用率，更会加速电池性能衰减。

针对这一世界性难题，钱坤团队联合清华大学深圳国际研究生院柳明团队、中国原子能科学研究院肖才锦团队等，创新性地提出了一种“电荷转移优化”（CTOC）的梯度设计策略。

他们的“药方”颇具巧思：在电极靠近隔膜的一侧，铺设一条由高离子电导固态电解质构成的“离子高速路”，让锂离子畅通无阻；而在靠近集流体的一侧，则设计一条包含导电剂的“电子高速路”，确保电子顺利传导。

传统和梯度设计固态电极的对比

两条“道路”在空间上各司其职、协同工作，同时保证整个电极的活性物质含量不降低，从而有效疏通了电极内部的“交通拥堵”，极大提升了材料的利用率和电池性能。

传统和梯度设计固态电极的性能对比

这一方案为开发兼具高能量密度、超长寿命和优异倍率性能的实用化全固态锂电池提供了全新思路，相关成果已发表于国际权威期刊，并受到光明日报、人民日报客户端等中央媒体关注。

“科研问题从产业中来，研究成果到产业中去。”这是钱坤反复强调的理念，也是先进储能实验室鲜明的“湾区特色”。

东莞，拥有世界级的电池产业链，从上游材料到下游模组，企业林立。然而，许多中小企业虽有强烈的检测与研发需求，却无力购置动辄数百万元的高端科研设备。

钱坤参加中荷下一代电池技术研讨交流

“我们的大门是敞开的。”钱坤表示，实验室虽然年轻，但已与本地龙头企业建立联系，并正与行业领军企业共同申报国家级课题。不少企业已带着“疑难杂症”主动上门寻求合作。未来，随着实验室建设完善，计划招聘专职工程师团队，为企业提供更高效、专业的分析服务。

团队成员在裁切电池极片

先进储能实验室的英文名为XEnergy Laboratory，X 既代表能源领域那些尚待探索的未知数，也象征着利用多种先进表征手段叩问能源材料奥秘的探索精神。

在大湾区大学，这群“电池医生”扎根世界级的产业链沃土，正在利用最先进的工具，探索新能源材料的未知边界，争做企业身边最可靠的“技术合伙人”。