清华大学新突破：固态电池"塑性铠甲"化解产业化难题

固态锂金属电池因其兼具高能量密度与高安全性的独特优势，被视为下一代动力电池的终极发展方向。然而，固态电解质离子电导率不足、固-固界面稳定性差等问题，特别是大电流密度与低温环境下的界面失效现象，始终制约着其产业化进程。传统富无机组分固态电解质界面（SEI）虽具有高杨氏模量，但其本征脆性导致在循环过程中容易发生断裂，进而引发锂离子传输受阻、锂枝晶生长及界面副反应加剧等问题，限制了电池在严苛工况下的长期稳定性。

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在国家重点研发计划“工程科学与综合交叉”专项“面向新一代固态电池的固态电解质及界面催化反应研究”的支持下，天津大学Nanoyang团队联合清华大学深圳国际研究生院康飞宇教授、贺艳兵教授团队，通过跨学科协作提出“塑性富无机SEI”设计理念，成功开发出兼具优异机械性能、锂离子传输性能及梯度亲锂/疏锂特性的新型界面层。该研究摒弃传统SEI“唯强度论”的设计思路，以“塑性”为核心指标，结合Pugh准则与人工智能加速材料筛选，最终选定硫化银、氟化银等作为关键组分，构建出“外柔内刚”的梯度结构SEI。其中，外层塑性Ag₂S/AgF组分可有效耗散界面应力，中间层维持传统高模量特性，内层亲锂组分则诱导锂金属均匀沉积，形成一套“塑料盔甲”式保护机制。

实验数据显示，搭载“塑性SEI”的锂金属对称电池在室温下以15mA/cm²电流密度、15mAh/cm²面积容量运行时，循环寿命超过4500小时；在-30℃低温环境中，以5mA/cm²电流密度、5mAh/cm²面积容量运行时，循环寿命仍达7000小时以上。匹配NCM811正极的固态全电池更展现出20C大倍率充放电及-30℃低温环境下的优异性能。研究团队通过Ag颗粒修饰复合固态电解质，显著提升了体相电化学性能，构建了高效的锂离子传输通道，实现了锂离子的快速均匀沉积，从源头上解决了界面失效难题。

这一突破性成果颠覆了传统SEI“追求坚硬”的设计范式，首次将“塑性”特征引入界面层构建，提出了从固态电解质组分设计到理想界面精准构建的全链条研究路径。相关研究以“用于固态电池的塑性固态电解质界面”为题，在线发表于《自然》期刊。论文通讯作者包括清华大学深圳国际研究生院侯廷政助理教授、吕伟副教搂（天津大学电化学专业2012届博士）、贺艳兵教授（天津大学电化学专业2009届博士）及天津大学杨全红教授、清华大学深圳国际研究生院康飞宇教授。该工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、深圳市科技计划及鹏瑞启航计划等项目的联合支持。