开发出用于全固态电池的超快充锂合金负极

全固态电池要实现充电如加油般快捷，负极是“关键战场”。14日，记者从中国科学院青岛生物能源与过程研究所（以下简称“青岛能源所”）获悉，该所武建飞研究团队提出并系统验证了电子—离子协同导电网络设计理念，为突破全固态电池超快充瓶颈提供了新的材料设计范式。相关研究成果近日发表于《ACS可持续化学与工程》。

硫化物全固态电池兼具高能量密度和优异的安全性，是全球动力电池竞逐的制高点。然而，电池在高倍率充放电过程中，负极电子传输缓慢、锂离子扩散受限、固—固界面持续退化和枝晶生长等问题相互交织，制约了全固态电池的倍率性能和循环寿命。

针对这一难题，青岛能源所研究团队提出电子—离子协同导电网络（EICN）设计策略，并开发出新型Li–Al–Si–Zn（ASZ@Li）四元合金负极。该合金负极由锂铝、锂锌和锂硅多相组成，其中，锂铝相构建出连续的电子传输通路，好比为电极铺设了高速电子公路；锂锌相展现出极强的亲锂性，充当了锂离子的快速、均匀传输通道；富硅区域则负责可逆地储存锂并缓冲体积变化。三者协同实现了电子导电、离子传输和结构稳定性的统一。此外，该合金负极对硫化物电解质具有优异的化学与电化学稳定性，无需额外构建人工固体电解质界面膜保护层，进一步简化了全固态电池的界面设计和制造工艺。

得益于EICN结构设计，ASZ@Li合金负极与Ni90高镍正极配对后，全固态电池在55℃下展现出惊人的倍率性能，仅需72秒即可完成一次完整充放电，并在数千次循环后依然保持高容量，展现出优异的实际应用潜力。

通过进一步研究，科研团队厘清了电子—离子协同导电网络的深层工作机制。研究发现，铝的引入有效提升了材料的电子导电能力，锌则增强了材料亲锂性并降低锂离子迁移势垒，双管齐下实现了电子与锂离子的协同快速输运。

青岛能源所研究员武建飞介绍，这种设计从根本上降低了界面阻抗，抑制硫化物电解质分解并维持稳定的界面结构，提升全固态电池在高倍率条件下的循环稳定性。