近日，宁波东方理工大学讲席教授、中国工程院外籍院士孙学良，宁波东方理工大学助理教授王长虹团队在国际期刊《自然-通讯》（Nature Communications）上发表研究成果。研究团队以 PrCl₃ 基卤化物固态电解质作为模型体系，系统揭示了外来阳离子的结构作用与离子传导机制，并据此设计出一种适用于低温全固态电池的高性能电解质。
低温，是全固态电池走向真实应用必须跨过的一道坎。在室温下表现优异的固态电解质，到了零下环境往往会遇到离子迁移变慢、界面阻抗升高、容量快速衰减等问题。尤其对于电动汽车、低空飞行器、极地设备等场景而言，电池不仅要“安全”，还要在低温下“跑得动”。
卤化物固态电解质因具备较高离子电导率、较好机械柔性以及与高电压正极的兼容性，被认为是全固态电池的重要候选体系。其中，UCl₃ 型稀土氯化物电解质近年受到关注，但一个关键问题长期没有说清楚：加入 Ta⁵⁺、Zr⁴⁺、In³⁺ 等外来阳离子后，它们到底进入了晶体晶格，还是形成了新的非晶相？真正贡献快速 Li⁺ 传导的通道，又在哪里？
核心创新点
推翻“外来小半径阳离子进入 UCl₃ 型晶格”的传统假设
作者发现，Ta⁵⁺、Zr⁴⁺、In³⁺ 这类半径较小、配位偏好不同的阳离子，并不会有效取代 Pr³⁺ 进入 PrCl₃ 晶格，而是主要富集在非晶 Li–M′–Cl 基体中。
明确快离子传导的主通道：不是 PrCl₃ 纳米晶，也不是晶/非晶界面，而是非晶相
通过热处理前后结构与电导率对比、低温阻抗分析和 AIMD 模拟，论文提出“非晶相主导传导模型”：Li⁺ 在非晶 Li–M′–Cl 网络中通过 Li–Cl 键的动态断裂与重组实现迁移。
提出“非晶相工程”作为UCl₃ 型卤化物电解质设计原则
过去的设计重点往往放在晶格掺杂和晶体通道调控上，而这项工作把优化对象转向非晶相的组成、比例和形成过程。
设计出高性能低温电解质 PTZ-0.25
优化后的 Li₀.₅Pr₀.₄₅₅Ta₀.₁₇₉Zr₀.₀₆Cl₃ 在室温下实现 3.10 mS cm⁻¹ 的离子电导率，活化能低至 0.236 eV。
在低温全固态电池中验证了实用潜力
采用 PTZ-0.25 的全固态电池在 −20 °C、20 mA g⁻¹ 下容量保持率达到 71.7%；在 −10 °C、100 或 200 mA g⁻¹ 下循环寿命超过 1350 圈。
该研究的核心价值在于澄清了UCl₃型卤化物固态电解质中外来阳离子的真实作用机制：Ta⁵⁺、Zr⁴⁺等并非进入晶格取代Pr³⁺，而是富集于无定形相，并由该相主导Li⁺快速传导。这一发现为固态电解质的理性设计提供了新的“无定形相工程”思路。其发展意义在于提升全固态电池在低温下的离子传输、循环寿命与安全性。未来可应用于低温电动车、航空电源、高安全储能系统及高能量密度固态电池。
宁波东方理工大学为论文第一完成单位，孙学良和王长虹为论文通讯作者，厦门大学副教授卢普顺、宁波东方理工大学博士后曹诗悦、宁波东方理工大学博士生周志民为共同第一作者。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1038/s41467-026-70621-x
