電子發(fā)燒友網(wǎng)綜合報道 固態(tài)電池作為下一代電池技術(shù)的核心方向，正處于從實驗室邁向產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵突破階段。它采用固態(tài)電解質(zhì)替代傳統(tǒng)鋰離子電池的液態(tài)或凝膠態(tài)電解質(zhì)，具備更高的能量密度、顯著提升的安全性、可抑制枝晶生長的長循環(huán)壽命以及適應(yīng)寬溫域的穩(wěn)定性能。

然而，固態(tài)電池目前在壽命方面仍面臨顯著困境。例如，其循環(huán)壽命較短，普遍低于傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池。多數(shù)試驗樣品的循環(huán)次數(shù)在 500-1000 次左右，而液態(tài)鋰電池的循環(huán)壽命通常可達 2000-3000 次，部分磷酸鐵鋰電池甚至超過 5000 次。這一短板限制了固態(tài)電池在電動汽車、儲能等對壽命要求較高的場景中的應(yīng)用。

為實現(xiàn)長壽命固態(tài)電池，近日媒體從寧波東方理工大學(xué)獲悉，該校講席教授孫學(xué)良團隊聯(lián)合美國馬里蘭大學(xué)教授莫一非、加拿大西安大略大學(xué)教授岑俊江，提出了適用于全固態(tài)電池的一體化鹵化物材料新思路，并成功研制出低成本鐵基鹵化物新材料。該材料集正極活性材料、電解質(zhì)和導(dǎo)電劑功能于一身，展現(xiàn)出電極層面的自修復(fù)能力。相關(guān)研究論文已發(fā)表于國際期刊《自然》。

傳統(tǒng)固態(tài)電池正極通常由活性材料（如層狀氧化物）、固態(tài)電解質(zhì)和導(dǎo)電劑混合而成，這種異質(zhì)結(jié)構(gòu)存在兩大瓶頸：一是能量密度損耗，非活性成分（如導(dǎo)電碳、固態(tài)電解質(zhì)）一般占據(jù) 30%～40% 的體積，導(dǎo)致整體能量密度下降；二是界面失效問題，不同材料間的機械化學(xué)不相容性會引發(fā)界面副反應(yīng)，循環(huán)過程中顆粒開裂和接觸脫離會進一步加速性能衰減。

近年來，通過 “一體化正極” 設(shè)計實現(xiàn)固態(tài)電池超長壽命的研究取得了顯著進展。這一技術(shù)突破的核心在于通過材料創(chuàng)新和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，解決傳統(tǒng)固態(tài)電池正極中因多組分混合帶來的界面穩(wěn)定性差、離子 / 電子傳輸效率低等關(guān)鍵問題。目前，一體化正極通過兩種創(chuàng)新策略突破上述限制。

第一種是寧波東方理工大學(xué)講席教授孫學(xué)良團隊采用的動態(tài)自修復(fù)機制。近年來，孫學(xué)良院士團隊深耕鹵化物材料在全固態(tài)電池中的應(yīng)用，研發(fā)出一系列具有高離子導(dǎo)電性、高穩(wěn)定性的鹵化物固態(tài)電解質(zhì)材料（Nat. Mater.，2025；Angew. Chem. Int. Ed.，2025；Adv. Mater., 2024; Nat. Commun.，2023；J. Am. Chem. Soc.，2023）；在理解離子傳輸機制的基礎(chǔ)上，建立了具有一定普適性的鹵化物結(jié)構(gòu)與離子傳輸?shù)臉?gòu)效關(guān)系?；谠邴u化物離子超導(dǎo)體方面的長期研究基礎(chǔ)，該團隊及其合作者在這項工作中提出，使用成本低廉的鐵基鹵化物作為正極材料，通過結(jié)構(gòu)調(diào)控使其同時具備鋰離子和電子混合導(dǎo)電能力，以及穩(wěn)定的 Fe2?/Fe3?氧化還原電對，從而實現(xiàn)一體化電極設(shè)計。

實驗數(shù)據(jù)顯示，在不含任何額外導(dǎo)電劑和固體電解質(zhì)的情況下，該電極在 5C 的高倍率下循環(huán) 3000 次后，容量保持率約為 90%。除了超長壽命，該材料的能量密度也十分出色，作為純 “一體化” 正極時，其能量密度可達 529.3 Wh?kg?1。

第二種是單一材料多功能化，例如中國科學(xué)院崔光磊團隊開發(fā)的 Li?.??Ti?(Ge?.??P?.??S?.?Se?.?)?（LTG?.??PSSe?.?）材料，兼具鋰離子傳導(dǎo)（σ_Li?=0.22 mS/cm）和電子傳導(dǎo)（σ_e=242 mS/cm）能力，無需添加導(dǎo)電劑即可實現(xiàn)高效電荷傳輸。數(shù)據(jù)顯示，LTG?.??PSSe?.?材料展現(xiàn)出 250 mAh?g?1 的比容量，且體積變化極小，僅為 1.2%。由該材料構(gòu)成的均質(zhì)陰極使全固態(tài)鋰電池在室溫下可實現(xiàn)超過 20,000 次的穩(wěn)定循環(huán)，并在電池層面達到 390 Wh?kg?1 的比能量。研究團隊計劃進一步探索該材料的可擴展性及其在實際電池系統(tǒng)中的應(yīng)用。

不過，盡管一體化正極技術(shù)已取得顯著進展，仍需突破一些瓶頸。例如，在材料規(guī)?；苽浞矫?，需優(yōu)化鹵化物正極的合成工藝、提升硫化物電解質(zhì)的空氣穩(wěn)定性；在成本控制方面，要探索鐵基鹵化物等低成本材料工業(yè)化生產(chǎn)的可行性；在界面長期穩(wěn)定性方面，需驗證動態(tài)自修復(fù)機制在極端工況下的可靠性。

相信隨著材料科學(xué)與制造技術(shù)的不斷突破，一體化正極有望成為固態(tài)電池商業(yè)化的關(guān)鍵跳板，推動其在電動汽車、大規(guī)模儲能等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。