固态电池实现超长寿命！这项技术做到了

电子发烧友网综合报道 固态电池作为下一代电池技术的核心方向，正处于从实验室迈向产业化的关键突破阶段。它采用固态电解质替代传统锂离子电池的液态或凝胶态电解质，具备更高的能量密度、显著提升的安全性、可抑制枝晶生长的长循环寿命以及适应宽温域的稳定性能。

然而，固态电池目前在寿命方面仍面临显著困境。例如，其循环寿命较短，普遍低于传统液态锂电池。多数试验样品的循环次数在 500-1000 次左右，而液态锂电池的循环寿命通常可达 2000-3000 次，部分磷酸铁锂电池甚至超过 5000 次。这一短板限制了固态电池在电动汽车、储能等对寿命要求较高的场景中的应用。

为实现长寿命固态电池，近日媒体从宁波东方理工大学获悉，该校讲席教授孙学良团队联合美国马里兰大学教授莫一非、加拿大西安大略大学教授岑俊江，提出了适用于全固态电池的一体化卤化物材料新思路，并成功研制出低成本铁基卤化物新材料。该材料集正极活性材料、电解质和导电剂功能于一身，展现出电极层面的自修复能力。相关研究论文已发表于国际期刊《自然》。

传统固态电池正极通常由活性材料（如层状氧化物）、固态电解质和导电剂混合而成，这种异质结构存在两大瓶颈：一是能量密度损耗，非活性成分（如导电碳、固态电解质）一般占据 30%～40% 的体积，导致整体能量密度下降；二是界面失效问题，不同材料间的机械化学不相容性会引发界面副反应，循环过程中颗粒开裂和接触脱离会进一步加速性能衰减。

近年来，通过 “一体化正极” 设计实现固态电池超长寿命的研究取得了显著进展。这一技术突破的核心在于通过材料创新和结构优化，解决传统固态电池正极中因多组分混合带来的界面稳定性差、离子 / 电子传输效率低等关键问题。目前，一体化正极通过两种创新策略突破上述限制。

第一种是宁波东方理工大学讲席教授孙学良团队采用的动态自修复机制。近年来，孙学良院士团队深耕卤化物材料在全固态电池中的应用，研发出一系列具有高离子导电性、高稳定性的卤化物固态电解质材料（Nat. Mater.，2025；Angew. Chem. Int. Ed.，2025；Adv. Mater., 2024; Nat. Commun.，2023；J. Am. Chem. Soc.，2023）；在理解离子传输机制的基础上，建立了具有一定普适性的卤化物结构与离子传输的构效关系。基于在卤化物离子超导体方面的长期研究基础，该团队及其合作者在这项工作中提出，使用成本低廉的铁基卤化物作为正极材料，通过结构调控使其同时具备锂离子和电子混合导电能力，以及稳定的 Fe²⁺/Fe³⁺氧化还原电对，从而实现一体化电极设计。

实验数据显示，在不含任何额外导电剂和固体电解质的情况下，该电极在 5C 的高倍率下循环 3000 次后，容量保持率约为 90%。除了超长寿命，该材料的能量密度也十分出色，作为纯 “一体化” 正极时，其能量密度可达 529.3 Wh・kg⁻¹。

第二种是单一材料多功能化，例如中国科学院崔光磊团队开发的 Li₁.₇₅Ti₂(Ge₀.₂₅P₀.₇₅S₃.₈Se₀.₂)₃（LTG₀.₂₅PSSe₀.₂）材料，兼具锂离子传导（σ_Li⁺=0.22 mS/cm）和电子传导（σ_e=242 mS/cm）能力，无需添加导电剂即可实现高效电荷传输。数据显示，LTG₀.₂₅PSSe₀.₂材料展现出 250 mAh・g⁻¹ 的比容量，且体积变化极小，仅为 1.2%。由该材料构成的均质阴极使全固态锂电池在室温下可实现超过 20,000 次的稳定循环，并在电池层面达到 390 Wh・kg⁻¹ 的比能量。研究团队计划进一步探索该材料的可扩展性及其在实际电池系统中的应用。

不过，尽管一体化正极技术已取得显著进展，仍需突破一些瓶颈。例如，在材料规模化制备方面，需优化卤化物正极的合成工艺、提升硫化物电解质的空气稳定性；在成本控制方面，要探索铁基卤化物等低成本材料工业化生产的可行性；在界面长期稳定性方面，需验证动态自修复机制在极端工况下的可靠性。

相信随着材料科学与制造技术的不断突破，一体化正极有望成为固态电池商业化的关键跳板，推动其在电动汽车、大规模储能等领域的广泛应用。