全固态电池（ASSBs）被业内视为 “下一代电池技术的终极形态”—— 更高的能量密度、更低的起火风险，几乎完美适配新能源汽车、储能电站的未来需求。但这项技术却被一个 “小问题” 卡了脖子：无机陶瓷电解质太 “脆” 了。

近日，发表在《Nature Communications》的一项研究，用一种简单却精妙的方法解决了这个难题。研究团队通过 “淬火” 工艺给卤化物电解质引入 “分散缺陷”，既保留了高离子导电性，又让电解质的机械性能实现跨越式提升，为全固态电池的商业化撕开了一道关键缺口。

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一、全固态电池的 “脆骨病”：电解质一裂，性能全废

全固态电池的核心是 “固态电解质”，目前主流的无机陶瓷电解质（如硫化物、氧化物、卤化物），天生带着 “高硬度、高脆性” 的特质。这在电池循环过程中，会引发一连串连锁反应：

当电池充放电时，正极材料（如常用的 LiCoO₂）会反复膨胀收缩；同时，电解质内部的锂沉积、外部装配压力也会持续施加应力。脆性电解质根本扛不住这些 “折腾”—— 轻则变形，重则直接开裂、粉化。

更麻烦的是，电解质与正极材料的 “脾气” 还不合：化学膨胀系数、扩散系数、刚度都存在差异，这种 “界面失配” 会进一步加剧应力集中，最终导致电解质与正极接触失效，锂离传输通道被阻断。

过去，研究人员多盯着 “化学相容性” 做文章，比如给电极或电解质做表面修饰来减少副反应。但这次研究指出：忽略电解质的机械性能，就像给房子打了漂亮的外墙，却没加固地基。尤其是近年来出现的 Li₃YCl₆、Li₃InCl₆等卤化物电解质，已经能和正极氧化物很好兼容，此时 “力学 - 电化学耦合失效” 就成了制约电池寿命的核心瓶颈。

二、用 “缺陷” 打造更坚韧的电解质

既然电解质 “脆” 是因为晶体结构太规整、经不起应力冲击，那能不能主动 “制造缺陷” 来增强韧性？

研究团队选择 Li₂.₅Y₀.₅Zr₀.₅Cl₆（LYZC）卤化物电解质作为模型，设计了两种截然不同的冷却工艺，对比其性能差异：

通过同步辐射 XRD、冷冻透射电镜（Cryo-TEM）等 “火眼金睛” 观察发现（图 4、5）：

淬火后的 YZr-Q，锂离子的配位位点存在更高程度的晶格畸变（连续对称测量 CSM 值更高），内部微应变达到 3.06×10⁻³，比慢冷的 YZr-N（2.77×10⁻³）高出近 10%；

这些分散的缺陷就像 “减震器”：一方面阻碍位错运动，提升电解质抗变形能力；另一方面缓解界面应力集中，避免裂纹快速扩展。

最关键的是，这种 “缺陷” 是可控的 —— 既没有破坏电解质的整体结构，也没影响离子传输通道。后续测试证明，两种电解质的离子导电性几乎没差别：YZr-Q 为 1.69×10⁻³ S cm⁻¹，YZr-N 为 1.75×10⁻³ S cm⁻¹，真正实现了 “增韧不损导”。

三、循环 500 次，容量 retention 差 3 倍

实验室的微观差异，最终要靠电池性能来验证。研究团队组装了全固态电池，在相同条件下测试两种电解质的表现，结果差异显著：

1. 机械稳定性：100 次循环后，孔隙率差近一倍

用同步辐射 CT 观察正极复合材料的孔隙率变化：

YZr-Q 复合正极：循环前孔隙率 11.74%，100 次循环后仅增至 16%，且孔隙多为孤立小孔隙；

YZr-N 复合正极：循环前孔隙率 10.9%，100 次循环后飙升至 29%，出现大量连通的大孔隙。

这意味着，慢冷的 YZr-N 在循环中发生了严重的颗粒破碎，导致电解质与正极接触失效；而 YZr-Q 凭借更好的韧性，成功 “扛住” 了正极膨胀收缩的冲击。

2. 电化学性能：500 次循环后，容量差距拉大

在 1C 倍率、2.5-4.3V 电压范围内（1C=140 mAh g⁻¹，基于 LCO 正极）：

YZr-Q 电池：500 次循环后仍能保留 78.37% 的初始容量，充电容量达 86.6 mAh g⁻¹；

YZr-N 电池：500 次循环后容量 retention 仅 23.7%，充电容量暴跌至 29 mAh g⁻¹ 左右。

即使在极端条件下，YZr-Q 的优势依然明显：

低温 - 30℃：电池仍能稳定循环，没有出现明显的容量骤降；

高电压 4.6V：避免了电解质分解，界面稳定性良好。

分布弛豫时间（DRT）分析进一步揭示了原因：随着循环次数增加，YZr-N 与正极的界面电阻持续增大，而 YZr-Q 的界面电阻几乎保持稳定 —— 这正是 “机械稳定性决定电化学性能” 的直接证据。

四、为什么这项研究值得关注？

对于全固态电池的商业化而言，这项研究的价值不仅在于提出了一种新策略，更在于它的 “实用性”：

工艺简单，成本可控：无需开发新的化学配方，仅通过调整冷却速率就能实现性能提升，适合工业化量产；

普适性强：这种 “缺陷增韧” 思路不仅适用于卤化物电解质，未来还可拓展到氧化物、硫化物等其他无机电解质体系；

填补理论空白：研究用原子力显微镜（AFM）、纳米压痕、电子顺磁共振（EPR）等多种手段，系统验证了 “缺陷 - 机械性能 - 电化学性能” 的关联机制，为后续研究提供了完整的理论和实验支撑。

结语：全固态电池的 “最后一公里”，正在被逐步打通

从实验室到生产线，全固态电池需要跨越无数障碍，而电解质的机械稳定性正是其中关键一环。这项研究用 “缺陷增韧” 的思路，为解决 “脆化” 问题提供了切实可行的方案 —— 它证明，有时候不必追求 “完美无缺”，适度的 “缺陷” 反而能成为性能突破的关键。

随着这类技术的不断积累，全固态电池离我们的生活越来越近。或许在不久的将来，我们就能用上充电 10 分钟、续航 1000 公里、寿命超 10 年的新能源汽车，。

参考文献：

Han, X., et al. Mechanically robust halide electrolytes for high-performance all-solid-state batteries. Nat Commun 16, 9770 (2025).