清華大學(xué)×天津大學(xué)合作發(fā)表最新Nature論文

編輯丨王多魚

排版丨水成文

固態(tài)鋰金屬電池（Solid-state lithium metal batteries）因其高能量密度和高安全性，被譽為下一代動力電池的發(fā)展方向，在電動汽車和大規(guī)模儲能等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，固態(tài)鋰金屬電池在實際工作條件下正面臨重大挑戰(zhàn)。 即使將復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率提升至 1?mS/cm，仍難以實現(xiàn)電流密度超過 1 mA/cm2、面容量達到 1 mAh/cm2 的固態(tài)電池的長壽命循環(huán)。

其根本原因在于，固態(tài)電解質(zhì)界面相（Solid–electrolyte Interphase，SEI）的本征脆性導(dǎo)致鋰離子傳輸遲滯，從而引發(fā)鋰枝晶和嚴重副反應(yīng)。

2025 年 10 月 29 日， 清華大學(xué)深圳國際研究生院康飛宇教授 ， 天津大學(xué)楊全紅教授，及清華大學(xué)深圳國際研究生院賀艷兵教授、呂偉副教授、侯廷政助理教授等（米金碩、楊俊、陳立坤、崔雯渟為論文共同第一作者），在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊Nature上發(fā)表了題為： A ductile solid electrolyte interphase for solid-state batteries 的研究論文。

該研究創(chuàng)新性地提出了“塑性富無機 SEI”的設(shè)計理念，開發(fā)出兼具優(yōu)異機械性能、鋰離子傳輸性能和梯度親鋰/疏鋰特性的新型塑性 SEI，大幅度提升了固態(tài)電池在大電流密度下和低溫下的循環(huán)穩(wěn)定性。

在這項最新研究中，研究團隊報道了一種富無機物的塑性固態(tài)電解質(zhì)界面相（Solid–electrolyte Interphase，SEI），能夠在保持結(jié)構(gòu)完整性的同時，實現(xiàn)高電流密度和高面容量的快速離子傳輸。

該 SEI 的延展性歸因于其中 Ag?S 和 AgF 組分，這些組分通過 SEI 中的 Li?S/LiF 與介電復(fù)合電解質(zhì)中的 AgNO? 發(fā)生置換反應(yīng)生成。 即使在高電流密度（15 mA/cm2）和高面容量（15 mAh/cm2）條件下，搭載此類 SEI 的對稱鋰電池仍表現(xiàn)出超過 4500 小時的長循環(huán)壽命。 此外，該延展性 SEI 在 -30°C 低溫環(huán)境下，即使處于 5 mA/cm2 和 5 mAh/cm2 的實際工況下，仍可穩(wěn)定工作超過 7000 小時。

塑性富無機 SEI 的優(yōu)異塑性變形能力和機械穩(wěn)定性

這項研究突破了傳統(tǒng) SEI 聚焦追求“堅硬”的設(shè)計理念，開創(chuàng)性地將“塑性”作為特征指標，提出了一條從固態(tài)電解質(zhì)組分設(shè)計到理想界面的精準構(gòu)建路徑，為解決固態(tài)電池的界面失效問題提供了全新策略，并為新型界面層設(shè)計提供了重要的理論依據(jù)，對實用化固態(tài)電池的 研發(fā)具有重要實用價值。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09675-8