中國科學技術大學教授馬騁針對全固態鋰電池在循環時因需要維持良好界面接觸而過于依賴外部壓力、難以實際應用的問題，提出了一種低成本、較為適合商業化的解決方案。1月8日，該成果發表于《自然-通訊》。
全固態鋰電池有望打破目前液態鋰離子電池無法兼顧高安全性和高能量密度的瓶頸。然而，由于全固態鋰電池的電解質和電極都是固體，因此兩者往往必須在幾十甚至上百兆帕的外部壓力下才能維持良好的界面接觸，而實際場景中幾乎不可能實現如此高的壓力，導致全固態鋰電池無法投入實際應用。解決該問題的關鍵在于找到一種即便在低壓力下也能有效改變形狀、從而與體積不斷變化的電極材料維持緊密接觸的固態電解質。與此同時，這種固態電解質還需具備高離子電導率、低成本、適配規模化生產等一系列商業化所必須的特質。這些苛刻要求給以上問題的解決帶來了很大挑戰。
在本次研究中，馬騁開發了一種新型固態電解質——鋰鋯鋁氯氧，實現了上述性能。與包括硫化物固態電解質在內的其他主流無機固態電解質相比，鋰鋯鋁氯氧的楊氏模量不到它們的25%，硬度不到它們的10%，因此可變形性遠超這些固態電解質。同時，鋰鋯鋁氯氧仍然維持無機粉末的形態，從而可以較好的適配規模化卷對卷生產，在輥壓等高壓力環節不會像凝膠類材料一樣因過度延展被擠出。最終，研究團隊用適配規模化卷對卷生產且經濟節能的干法工藝制備了使用超高鎳三元正極和金屬鋰負極的小型軟包全固態電池器件。
除了上述優異的力學性能，鋰鋯鋁氯氧還展示了很高的離子電導率。這些優勢使得全固態鋰電池穩定循環所需要的壓力從幾十、上百兆帕降低到了實際應用中有可能達到的5兆帕，并在5兆帕下實現了數百次的穩定循環。而且，不同于依賴昂貴的高純硫化鋰的硫化物固態電解質，鋰鋯鋁氯氧的核心原材料是極為經濟的四氯化鋯，因此其成本不到主流硫化物固態電解質的5%，具有較好的商業化前景。
審稿人認為這一發現“會對全固態電池做出重要貢獻”，并且認為該成果報道的方法有望“把實驗室研究延伸到大規模應用”。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-68210-5