新能源汽车快充和长续航的背后，离不开高性能电池材料的支撑。对于下一代全固态锂电池而言，如何在保证安全性的同时实现快速充放电和长期稳定循环，是推动其走向实际应用的关键难题之一。
宁波东方理工大学讲席教授、中国工程院外籍院士孙学良和副教授李晓娜团队围绕全固态电池复合正极中的传输瓶颈，提出了一种全新的材料设计策略：引入锂钨氧氯化物（LWOC）功能添加剂，在正极内部同时构建离子和电子传输通道，使原本分散、低效的反应区域转变为连续协同的传输网络。该策略显著提升了全固态NCM正极在高倍率和长循环条件下的电化学性能。
近日，相关研究成果发表在化学领域顶刊《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上。
固态电池正极中的“传输短板”
全固态锂电池具有高安全性和高能量密度潜力，但其复合正极内部仍存在复杂的传输问题。传统复合正极通常由正极活性材料、固态电解质和碳导电剂组成。其中，固态电解质主要负责传导锂离子，碳材料主要负责传导电子。然而，这种“各司其职”的设计在实际运行中并不总是高效。由于离子通路和电子通路彼此分离，复合正极内部容易出现部分区域“有电子、缺离子”或“有离子、缺电子”的情况，导致活性材料不能被充分利用。尤其在高倍率充放电过程中，这种传输失配会进一步放大，使电池容量快速下降。
此外，传统碳导电剂多为刚性材料，在长时间循环过程中难以适应正极颗粒体积变化，容易造成局部接触失效和界面阻抗增加。因此，如何在复合正极中构建稳定、高效、能够适应循环演化的离子-电子协同网络，成为提升全固态电池性能的关键。
让添加剂不只“导电子”
面对这一问题，团队跳出了传统碳导电剂的设计思路：既然复合正极需要同时传输锂离子和电子，为什么添加剂不能同时承担这两种功能？
基于这一思路，研究团队设计了LWOC体系作为新型功能添加剂。与传统VGCF等碳材料不同，LWOC不仅具备电子传输能力，还具有一定的锂离子传导能力。其结构中丰富的W–O/Cl局部配位环境有利于Li⁺迁移，而高价态W相关的电子结构则有助于电子传输。换言之，LWOC不再只是简单的“电子导线”，而是能够在复合正极内部同时连接离子和电子传输路径的混合导体。
实验结果表明，代表性LWOC添加剂表现出约 0.73 mS cm⁻¹ 的锂离子电导率，同时其电子电导率也可达到与常用碳导电剂相当甚至更优的水平。这种双重传输特性为复合正极内部构建连续反应网络提供了材料基础。
从“离子孤岛”到“协同网络”
引入LWOC后，复合正极内部的传输模式发生了明显改变。传统碳导电剂主要搭建电子通路，但无法有效改善离子传输不足的问题；而LWOC能够同时参与离子和电子传输，使原本相互割裂的通道更加连续。这一协同网络具有多重作用：首先，它能够减少复合正极中的传输盲区，提高NCM活性材料利用率；其次，LWOC与卤化物固态电解质具有较好的结构和化学相容性，有助于降低局部界面阻抗；此外，其相对柔性的力学特征能够更好地适应正极循环过程中的微观结构变化，维持颗粒间接触稳定。
最终，基于LWOC构建的全固态NCM电池展现出优异性能：在 1C 条件下循环约 1800圈 后仍保持 81.18% 的容量保持率；在更高倍率 5C 下，电池循环 10,000圈 后仍保持 81.31% 的容量保持率。即使在高负载正极条件下，该体系也表现出更好的循环稳定性。
值得强调的是，该策略并不是简单地用一种新材料替代传统碳导电剂，而是重新定义了复合正极中添加剂的功能：从单一电子导体，转变为兼具离子传输、电子传输和界面稳定作用的多功能混合导体。这一设计为高倍率、长寿命全固态电池复合正极构筑提供了新的思路。
东方理工与上海交通大学联培博士生张明颖与东方理工博后王兴宇为论文第一作者，有研（广东）新材料技术研究院&国联汽车动力电池研究院固态电池研究中心主任梁剑文，孙学良和李晓娜为共同通讯作者。
该研究得到了北京市自然科学基金、宁波市甬江人才引进计划、国家自然科学基金、国家青年人才支持计划和北京市科技新星计划等的资助。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1021/jacs.5c22628
