AM：如何通过介电调控提升固态锂电性能？

固态锂电池以其高安全性与能量密度成为储能领域的焦点，然其发展受限于固态电解质较低的离子电导率及固-固界面处的严峻挑战。在此背景下，对电解质材料介电特性的深入理解与精准调控正展现出其关键作用。本质上，介电性质通过调控锂盐解离的吉布斯自由能，直接决定了体系中自由载流子锂离子的浓度；同时，高介电材料（如铁电体）所诱发的内建电场更能有效引导离子迁移动力学、抑制空间电荷层形成，从而同步提升体相离子传输效率与界面稳定性。因此，将介电相位作为核心设计原则，为攻克固态电池中的离子输运与界面难题提供了新颖而深刻的理论基础与实践路径。

鉴于此，深圳清华大学研究院（清华深研院）刘思捷/香港科技大学Kristiaan Neyts教授团队在《Advanced Materials》上发表了perspective文章阐述了关于介电调控固态锂电性能，该观点不仅将介电性能与固态锂电联系起来，并且提出调控介电性质和相结构的策略，为开发高性能固体电解质开辟了新途径。

深圳清华大学研究院低碳能源与节能技术重点实验室副主任、副研究员，香港科技大学访问学者刘思捷为论文第一作者及通讯作者。香港科技大学周乐为论文共同第一作者。其他主要贡献者为日本东京大学固体物理研究所李鸿宇、先进显示与光电子技术国家重点实验室主任，香港科技大学教授Kristiaan Neyts。研究得到深圳市提升工程实验室项目、香港GRC等项目的资助。

论文信息：

Novel Insights into Solid-State Batteries through Phase Modulations：Dielectric phase and liquid crystal phase

Sijie Liu*, Le Zhou, Hongyu Li, Kristiaan Neyts

Advanced materials. 2025, e17122

论文链接：http://doi.org/10.1002/adma.202517122

近年来，新能源汽车和工业储能技术的快速发展显著提高了对储能设备的要求，特别是在能量密度、安全性和循环稳定性方面。在新兴技术中，全固态电池因其卓越的能量密度和增强的安全特性而受到广泛关注。全固态电池的核心创新在于用固态电解质取代传统的液态电解质，这极大地提高了电池安全性。此外，全固态电池通过使用高能量电极材料，如锂金属，提供了实现更高能量密度的潜力。这一进步允许在相同的体积和重量内存储更多的能量，使得全固态电池对于高能量需求的应用特别有吸引力。全固态电池的另一个显著优势是其延长的循环寿命，确保了长期性能和可靠性。凭借这些多重优势，全固态电池有潜力彻底改变能量存储。

本文系统阐述了通过介电性能调控这一核心策略来提升全固态电池性能的新范式。研究证明，对材料介电相与液晶相的协同调控，能够从离子输运机制和界面稳定性的根本上解决固态电池的关键瓶颈。

介电调控的物理本质在于通过构建高介电环境来削弱锂离子与阴离子间的库仑相互作用。铁电材料产生的强内置电场不仅显著促进锂盐解离，增加自由载流子浓度，还能通过降低离子迁移活化能来提升离子电导率。特别值得关注的是，铁电向列相材料将传统铁电体的高极性与液晶的自组装特性相结合，其介电常数高达约10,000，为设计兼具高离子电导率和优异界面稳定性的固态电解质提供了理想平台。

介电-液晶协同设计代表了固态电解质发展的前沿方向。液晶相提供的有序离子通道与铁电相产生的强极化场形成完美互补：前者构建了高效的离子传输路径，后者确保了充分的离子解离和定向传输驱动力。这种相态层次的协同作用，使得同时实现高离子电导率、良好机械性能和界面稳定性成为可能。

从产业化视角看，介电调控策略的成功实施仍面临挑战。铁电液晶聚合物的规模化合成在成本控制和工艺可靠性方面需要突破，特别是在大面积基板上实现均匀分子排列的加工技术亟待开发。未来的研究重点应包括：设计新型高介电常数铁电液晶聚合物；深入理解介电材料与电极界面的动态相互作用；开发适用于介电材料体系的可扩展制造工艺。

展望未来，介电调控策略将从传统的单一组分设计转向多相、多尺度的精准调控。通过构建具有梯度介电特性的复合电解质，或在电极/电解质界面设计具有特定介电响应的功能层，有望实现离子输运、界面稳定性和机械强度的最优平衡。这一策略不仅为突破固态电池性能瓶颈提供了新路径，也将推动固态电化学基础理论的创新发展。

综上所述，介电相工程作为连接材料本征特性与电池宏观性能的关键桥梁，正成为推动下一代高性能固态锂电池发展的核心驱动力。通过跨尺度的介电性能精准调控，有信心在不久的将来实现固态电池技术从实验室走向产业化的重大突破。

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