时间:2025-10-14 来源:高工锂电
新华社近日连续报道了一项由中国科学院物理研究所黄学杰、宁波材料所姚霞银、华中科技大学张恒等团队合作,发表于《Nature Sustainability》的突破性研究。
该研究核心提出了一种名为“动态自适应界面(DAI)”的全新设计策略,通过激活固态电解质中的阴离子迁移,使其在电池循环过程中自发地在界面处形成保护层,解决固态电池界面接触失效的难题。
基于此策略的软包电池首次实现了在“零外压”条件下的稳定运行,为全固态电池的产业化路径提供了颠覆性的新思路。
全固态电池产业化的核心痛点之一,在于锂金属负极与刚性电解质之间固-固接触的失效。传统思路依赖施加极高的外部压力来维持接触,但这在实用电池系统中极难持续。
本研究提出了“动态自适应界面(Dynamic Adaptive Interphase, DAI)”策略。核心机制为颠覆了传统电解质中阴离子“固定不动”,通过材料设计,让阴离子(如I⁻)在电场驱动下具备可控的迁移能力。
在锂剥离过程中,这些可迁移的阴离子会运动至界面,与锂离子结合,原位形成一层动态、致密且稳定的界面层(如富LiI层)。
研究团队形象地将其比喻为“章鱼触手”,强调其动态自适应的独特作用。该界面层能像“章鱼触手”一样,主动填充因锂体积变化产生的孔隙,实时维持紧密的界面接触,从而摆脱了对高外部压力的依赖。
为何选择碘掺杂硫化物电解质?
为了验证DAI策略的可行性,研究团队通过高通量计算筛选,发现碘离子(I⁻)是具有合适迁移能力的候选阴离子。他们选择了Li₃.₂PS₄I₀.₂(碘掺杂硫化物电解质)作为实现和验证DAI概念的模型体系。
实验数据证明了该策略的成功:
界面对比鲜明:使用传统Li₃PS₄电解质的电池,界面出现微米级孔洞并导致失效;而使用Li₃.₂PS₄I₀.₂的电池,则原位形成了约5μm的均匀富LiI界面层,接触完好,无枝晶。
性能大幅提升:基于DAI策略的全电池在1.25 mA·cm⁻²下循环2400次,容量保持率高达90.7%;软包电池在零外压下循环300次,容量保持率仍达74.4%。
这项研究的产业意义重大,它提供了一种全新的思路。未来固态电解质的设计,不应只关注锂离子导通的优化,还需考量阴离子迁移能力对界面自修复的贡献。
尽管Li₃.₂PS₄I₀.₂在此作为“模型材料”,但DAI策略的成功,无疑为碘(卤素)掺杂/复合的硫化物电解质路线提供了更强大的理论依据和实验验证。
基于DAI思路的碘硫化物电解质,有望成为一种极具潜力的产业化方向。
值得注意的是,碘硫化物电解质产业链已有前瞻性布局。
当升科技披露已建成数吨级的硫化物固态电解质小试产线。其研发的氯碘复合硫化物固态电解质据称已实现稳定制备,具备了规模化供应能力。