手机续航不够、电动车跑不远、储能电站怕起火 —— 这些痛点的背后，都指向同一个目标：造出更安全、更能装电的下一代电池。全固态电池因高安全性与高能量密度，被视为下一代储能器件的重要方向。卤化物固态电解质兼具高离子电导率与良好正极兼容性，是近年研究热点，但其空气稳定性差、高电压下界面氧化严重，且传统稳定化策略往往以牺牲离子传输为代价。
离子电导率 vs. 稳定性：卤化物电解质的“鱼与熊掌”之争。
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夏威团队受液态电池 "添加剂工程" 启发，提出一种"固态添加剂" 策略：将廉价、无锂的 Al₂O₃等金属氧化物纳米颗粒直接引入卤化物电解质的机械化学合成过程。相关研究成果近日发表于 《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）。
从液态添加剂到固态添加剂，提出全新的电解质设计理念
在液态电池中，功能添加剂能够通过调节局域化学环境和界面反应，同时改善电池的循环稳定性与安全性。受此启发，研究团队提出一个关键问题：能否将“添加剂工程”的理念拓展到固态电解质？基于这一思路，团队将Al2O3等金属氧化物纳米颗粒直接引入卤化物电解质的机械化学合成过程。研究发现，氧化物添加剂并非惰性填充物，而是通过“部分参与重构、部分保持稳定”的协同机制发挥作用。
“部分促传输，部分保稳定”
研究团队以Li–Zr–O–Cl体系为模型材料，对氧化物添加剂引入后的结构演化、离子输运行为和化学稳定性进行了系统研究。研究发现，在机械化学过程中，部分Al2O3与卤化物框架发生局域配位重构，形成更加无序且有利于Li⁺迁移的局域环境，从而促进离子传输，使室温离子电导率由1.71 mS cm−1提高至约2.3 mS cm−1。与此同时，未充分参与反应的Al2O3则以稳定的纳米结构域保留，为电解质提供额外的化学保护，减缓湿度环境下的降解以及高电压循环过程中的界面副反应。因此，氧化物添加剂在材料中形成了“反应性界面促进Li⁺传输+稳定纳米结构域增强稳定性”的双重功能，实现了过去较难兼顾的离子传输与稳定性。
高电压下实现长寿命循环
得益于这种协同作用，氧化物改性卤化物电解质具有更优异的环境和电化学稳定性。在高电压全固态电池中，改性电解质能够有效减缓正极/电解质界面副反应和阻抗增长。基于该电解质的全固态电池表现出优异的长期循环性能，可实现超过3300次稳定循环；在4.5 V和4.8 V高电压下，循环寿命仍分别达2000次和400次。
从Al2O3拓展到多种氧化物
与此同时，研究人员发现该策略具有普适性。团队进一步采用Ta2O5、ZrO2等多种金属氧化物进行验证，均观察到不同程度的离子传输提升；同时，在另一种锆基卤化物Li2ZrCl6中也验证了该策略的有效性。这表明，固态添加剂工程并非针对某一种材料的特例，而是一种具有普适性的固态电解质设计方法。
该研究从液态电解质中的“添加剂工程”获得灵感，将这一设计理念拓展至固态电解质，提出了固态添加剂工程这一新的材料设计思路。其核心是通过“局域结构重构+稳定氧化物纳米结构域”的协同作用，同时调控离子传输与化学稳定性，从而突破卤化物电解质长期存在的稳定性–电导率权衡。凭借成本低、工艺简单、无需额外锂源且具有良好普适性等特点，该策略为开发高性能卤化物固态电解质及推动高能量密度、长寿命全固态锂电池的发展提供了新的思路。
宁波东方理工大学与上海交通大学2025级联培博士生张浩昌、宁波东方理工大学研究助理教授Hussain Fiaz为本文共同第一作者。孙学良、夏威为共同通讯作者。
论文信息：https://doi.org/10.1002/anie.6556933
