全固態電池要實現充電如加油般快捷，負極是“關鍵戰場”。14日，記者從中國科學院青島生物能源與過程研究所（以下簡稱“青島能源所”）獲悉，該所武建飛研究團隊提出并系統驗證了電子—離子協同導電網絡設計理念，為突破全固態電池超快充瓶頸提供了新的材料設計范式。相關研究成果近日發表于《ACS可持續化學與工程》。
硫化物全固態電池兼具高能量密度和優異的安全性，是全球動力電池競逐的制高點。然而，電池在高倍率充放電過程中，負極電子傳輸緩慢、鋰離子擴散受限、固—固界面持續退化和枝晶生長等問題相互交織，制約了全固態電池的倍率性能和循環壽命。
針對這一難題，青島能源所研究團隊提出電子—離子協同導電網絡（EICN）設計策略，并開發出新型Li–Al–Si–Zn（ASZ@Li）四元合金負極。該合金負極由鋰鋁、鋰鋅和鋰硅多相組成，其中，鋰鋁相構建出連續的電子傳輸通路，好比為電極鋪設了高速電子公路；鋰鋅相展現出極強的親鋰性，充當了鋰離子的快速、均勻傳輸通道；富硅區域則負責可逆地儲存鋰并緩沖體積變化。三者協同實現了電子導電、離子傳輸和結構穩定性的統一。此外，該合金負極對硫化物電解質具有優異的化學與電化學穩定性，無需額外構建人工固體電解質界面膜保護層，進一步簡化了全固態電池的界面設計和制造工藝。
得益于EICN結構設計，ASZ@Li合金負極與Ni90高鎳正極配對后，全固態電池在55℃下展現出驚人的倍率性能，僅需72秒即可完成一次完整充放電，并在數千次循環后依然保持高容量，展現出優異的實際應用潛力。
通過進一步研究，科研團隊厘清了電子—離子協同導電網絡的深層工作機制。研究發現，鋁的引入有效提升了材料的電子導電能力，鋅則增強了材料親鋰性并降低鋰離子遷移勢壘，雙管齊下實現了電子與鋰離子的協同快速輸運。
青島能源所研究員武建飛介紹，這種設計從根本上降低了界面阻抗，抑制硫化物電解質分解并維持穩定的界面結構，提升全固態電池在高倍率條件下的循環穩定性。
