全固态锂硫电池兼具高理论能量密度和本征安全优势，被视为极具潜力的下一代储能技术。然而，其在实际运行中往往需要施加数十甚至数百兆帕的外部压力，以缓解电极体积变化引发的界面失配、接触损失和机械化学失效。这种对高压力的依赖，不仅增加了工程实现难度，也限制了全固态锂硫电池的规模化应用。
宁波东方理工大学讲席教授、中国工程院外籍院士孙学良与宁波东方理工大学助理教授王长虹团队提出一种“应变协同”策略，通过协调正负极在循环过程中的相反体积变化，显著降低全固态锂硫电池对高外部压力的依赖，为兼具高能量密度、高安全性与长寿命的下一代固态电池提供了新思路。近日，相关研究成果发表于国际权威期刊《自然-通讯》（Nature Communications）。
核心创新点
应变协同设计：构建准零应变全固态锂硫体系
研究团队以高容量FeS₂正极和预锂化Si负极为代表体系，通过调控Li/Si比形成Li₂Si，使FeS₂在放电过程中的膨胀与Li₂Si的收缩相互补偿，在充电过程中则呈现相反的协同变化。与传统Li||FeS₂体系约 -17.2%的总体体积变化相比，Li₂Si||FeS₂体系将体积变化优化至约 +2.6%，从源头上缓解了固-固界面应力积累。
机制验证充分：电极总应力变化降低80%
通过原位应力测试、原位光学显微、X射线计算机断层扫描及原位阻抗分析，研究团队系统证实了该设计的机制有效性。结果显示，Li₂Si||FeS₂电池的总应力变化较未协同体系降低约80%，循环过程中的总厚度变化仅约1.4μm，界面接触更加稳定，锂离子传输动力学显著改善。
低外压下性能突出：15 MPa实现稳定运行
在仅15 MPa的低外部压力下，该体系在室温0.1 C条件下初始放电容量达到740.0 mAh g⁻¹；在55°C条件下，放电容量进一步提升至868.4 mAh g⁻¹。采用相同设计的全固态软包电池在15 MPa下实现615.8 mAh g⁻¹的放电容量，并在1 C条件下稳定循环超过500次，验证了其面向实际应用的潜力。
长循环与高载量兼具：4500次到140000次循环
在100 MPa条件下，Li₂Si||FeS₂电池在1 C和15 C条件下分别实现约4500次和140000次超长循环；在40 C高倍率下仍保持73.8 mAh g⁻¹的放电容量。与此同时，高载量电池在100次循环中实现21.7 mAh cm⁻²的超高面容量，展示了该体系在长寿命、高倍率和高能量输出方面的综合优势。
该研究的核心价值在于提出了一条面向低外压全固态电池的新型结构设计路线：不是单纯依赖更高堆叠压力维持界面稳定，而是通过正负极体积变化的“自补偿”来主动调控电池内部应力。研究还结合商业微米级FeS₂正极和低成本Li₂Si负极，兼顾了性能与经济性。该成果为全固态锂硫电池在大规模储能、高安全动力电池等方向的应用，提供了重要理论依据与技术支撑。
