固态电池领域，清华大学取得新突破！

电动车充电慢、冬天“趴窝”、安全隐患大

等问题如何解决？

传说中的下一代固态电池

何时才能商用？

同时实现“快充”和“长寿命”

是固态电池实用化面临的关键挑战

近日，清华大学深圳国际研究生院

康飞宇教授、贺艳兵教授团队

联合天津大学杨全红教授团队联合攻关

为固态锂金属电池

构建出外柔内刚的梯度结构

如同为锂金属负极表面穿上“塑性铠甲”

为长期困扰行业的固态电池界面失效问题

提供了全新解决策略

团队合影

北京时间10月30日零时

研究成果以

“用于固态电池的塑性固态电解质界面”

（A ductile solid electrolyte interphase for solid-statebatteries）为题

在线发表于《自然》（Nature）

Nature 网站论文截图

固态电池的“铠甲”, 为何如此脆弱?

固态锂金属电池因其高能量密度和高安全性

被誉为下一代动力电池的发展方向

在电动汽车和大规模储能等方面

具有广阔的应用前景

然而，固态电池的商业化

长期受困于固态电解质的低离子电导率

和固态电解质/电极差的固-固界面稳定性等难题

导致在大电流密度、低温等严苛工况下

容易发生界面失效等问题

锂金属负极表面传统富无机组分固态电解质界面

（下称“SEI”）

相当于电池的一层保护膜

虽然坚硬，但脆弱

一旦破裂，不仅会拖慢充电速度

更会导致短路等问题

使得固态电池难以实现低温和大电流密度下的

长寿命稳定循环

在快充和低温环境下寿命急剧缩短

“塑性铠甲”的研发

让固态电池寿命危机迎来破局点

“让老百姓用上更安全、更高效的电池”

是团队的研究初心

康飞宇带领的能源材料团队

一直关注电池安全的课题

近年主要针对本征安全电池开展研究

而作为深耕电池领域20余年的科研工作者

贺艳兵长期致力于固态电池领域研究

针对上述挑战

团队创新性地提出了

“塑性富无机SEI”的设计理念

开发出兼具优异机械性能

锂离子传输性能

和梯度亲锂/疏锂特性的新型塑性SEI

大幅度提升了固态电池

在大电流密度下和低温下的循环稳定性

塑性SEI的组分筛选及其在固态电池循环过程中的作用示意图

团队从SEI结构和模型进行源头创新

将“塑性”特征

作为新型SEI组分筛选的核心指标

并进行了人工智能加速的理论筛选

发现硫化银、氟化银等材料

不仅具备良好的塑性变形能力

还能显著降低锂离子的扩散能垒

塑性富无机SEI的结构和组分解析

在塑性SEI目标组分筛选的基础上

研究团队设计了一种含AgNO3添加剂

和Ag/Li6.75La3Zr1.5Ta0.5O12（LLZTO）填料的

有机/无机复合固态电解质

该体系可在固态电池运行中

将脆性Li2S/LiF组分转化为塑性Ag2S/AgF组分

构建出具有外柔内刚梯度结构的SEI

这种SEI多层级结构协同的设计理念

犹如为锂金属负极量身定制了一套

“塑性铠甲”

既保证了在低温和大电流密度条件运行过程中

界面层的结构完整性

又实现了高效的离子传输

并抑制了副反应

同时研究还显著提升了

复合固态电解质的体介电性能

构筑了高效的锂离子传输通道

实现了锂离子的快速、均匀沉积反应

塑性富无机SEI的优异塑性变形能力和机械稳定性

“塑性SEI”使固态电池

展现出优异的电化学性能

即使在-30℃的低温环境中

对称电池仍能

在5 mA cm–2的电流密度和5 mA h cm–2

面积容量下

稳定循环7000小时以上

该工作开创性地将“塑性”作为特征指标

为解决固态电池的界面失效问题

提供了全新策略

为新型界面层设计提供重要理论依据

对实用化固态电池研发具有实用价值

为“快充”与“寿命”难以得兼的问题

找到了新的突破口

研究团队工作照

本文通讯作者为清华大学深圳国际研究生院康飞宇教授、贺艳兵教授、吕伟副教授、侯廷政助理教授和天津大学杨全红教授。深圳国际研究生院2025届博士毕业生米金硕、2023级硕士生杨俊、2024届博士毕业生陈立坤和2022级博士生崔雯渟为论文共同第一作者。其他作者还包括清华大学深圳国际研究生院干林副教授、柳明副教授，东方理工大学韩兵助理教授，深圳大学黄妍斐副教授等。

来源｜深圳国际研究生院

摄影｜黄尹思

排版&编辑｜刘子晗

责编｜苑洁

审核｜刘蔚如

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