全固态钠离子电池凭借钠资源储量丰富、无易燃电解液、成本优势突出等特点，在新能源汽车、大型电网储能等场景具备广阔应用前景。固态电解质是决定电池性能落地与产业化推进的核心材料，但是主流采用机械球磨工艺制备，存在产业化痛点：常规纯卤化物材料球磨耗时动辄数十小时，制备能耗高、量产效率受限。
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助理教授夏威团队发现少量氧引入到卤素阴离子框架，可驱动卤化物电解质超快非晶化合成，并依托同步辐射等先进表征技术系统解析卤化物固态电解质材料微观演化规律，厘清氧掺杂调控非晶化的内在机理。近日，相关研究成果发表于国际顶级化学期刊《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）。
研究选取氧卤化物NaTaOCl4为模型材料，通过球磨仅5分钟球磨即可实现非晶化，相较传统NaTaCl6数日合成模式，合成效率实现了跨越式提升。依托拉曼光谱、X射线光电子能谱、同步辐射对分布函数、X 射线吸收谱等多维度表征，结合从头算分子动力学模拟，研究阐明了桥接氧驱动超快非晶化的微观机理：结构中低配位的Ta−O−Cl桥接氧单元诱发了显著的晶格畸变，大幅降低了非晶化反应的能垒；同时有效增大了体系自由体积，优化了钠离子的配位环境，将离子迁移能垒降低近一半，成功构筑起连续高效的钠离子传输通道。
借助原位同步辐射+球磨装置的实时动态追踪能力，研究团队首次完整捕捉到两种电解质截然不同的机械化学反应全路径：传统氯化物遵循先结晶析出产物、再长时间缓慢非晶转变的反应规律，球磨前期优先生成晶相，晶格结构稳定难以破坏，非晶转化进程缓慢；而在桥接氧作用下跳出结晶中间步骤，原位衍射实验证实其经历前驱体快速解离→亚稳态中间体生成→桥氧诱导瞬时全域非晶三步超快演化，数分钟完成无序非晶网络构筑。
基于桥接氧促非晶化的核心规律，团队建立通用型多齿含氧阴离子改性策略，拓展碳酸根、磷酸根、硅酸根等多元氧桥连卤化物电解质体系。其中优化后的NaTaO0.5Cl5电解质仅需 30分钟球磨即可完成制备，室温离子电导率高达3.39 mS cm-1，性能远超绝大多数已报道的同类固态电解质；同时该电解质电化学稳定窗口超过4 V，可适配高电压正极材料。基于该电解质组装的全固态电池展现出良好的循环性能。
该研究从热力学、动力学双重维度解析桥氧加速晶格无序化的化学本源，确立了以氧为桥连构筑单元的固态电解质普适设计准则，开创了短时、低成本、高离子电导率非晶卤化物电解质全新制备路线。原位球磨-同步辐射联用表征方案也为机械化学机理研究提供关键表征手段，有力助推全固态钠离子电池技术从实验室研发迈向工业化量产。
东方理工博士生唐稳、张恺欣为论文第一作者，孙学良、夏威和日本SPring-8同步辐射光源谱仪科学家Jo-chi Tseng为共同通讯作者。
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