電子發燒友網綜合報道 固態電池作為下一代電池技術的核心方向，正處于從實驗室邁向產業化的關鍵突破階段。它采用固態電解質替代傳統鋰離子電池的液態或凝膠態電解質，具備更高的能量密度、顯著提升的安全性、可抑制枝晶生長的長循環壽命以及適應寬溫域的穩定性能。

然而，固態電池目前在壽命方面仍面臨顯著困境。例如，其循環壽命較短，普遍低于傳統液態鋰電池。多數試驗樣品的循環次數在 500-1000 次左右，而液態鋰電池的循環壽命通常可達 2000-3000 次，部分磷酸鐵鋰電池甚至超過 5000 次。這一短板限制了固態電池在電動汽車、儲能等對壽命要求較高的場景中的應用。

為實現長壽命固態電池，近日媒體從寧波東方理工大學獲悉，該校講席教授孫學良團隊聯合美國馬里蘭大學教授莫一非、加拿大西安大略大學教授岑俊江，提出了適用于全固態電池的一體化鹵化物材料新思路，并成功研制出低成本鐵基鹵化物新材料。該材料集正極活性材料、電解質和導電劑功能于一身，展現出電極層面的自修復能力。相關研究論文已發表于國際期刊《自然》。

傳統固態電池正極通常由活性材料（如層狀氧化物）、固態電解質和導電劑混合而成，這種異質結構存在兩大瓶頸：一是能量密度損耗，非活性成分（如導電碳、固態電解質）一般占據 30%～40% 的體積，導致整體能量密度下降；二是界面失效問題，不同材料間的機械化學不相容性會引發界面副反應，循環過程中顆粒開裂和接觸脫離會進一步加速性能衰減。

近年來，通過 “一體化正極” 設計實現固態電池超長壽命的研究取得了顯著進展。這一技術突破的核心在于通過材料創新和結構優化，解決傳統固態電池正極中因多組分混合帶來的界面穩定性差、離子 / 電子傳輸效率低等關鍵問題。目前，一體化正極通過兩種創新策略突破上述限制。

第一種是寧波東方理工大學講席教授孫學良團隊采用的動態自修復機制。近年來，孫學良院士團隊深耕鹵化物材料在全固態電池中的應用，研發出一系列具有高離子導電性、高穩定性的鹵化物固態電解質材料（Nat. Mater.，2025；Angew. Chem. Int. Ed.，2025；Adv. Mater., 2024; Nat. Commun.，2023；J. Am. Chem. Soc.，2023）；在理解離子傳輸機制的基礎上，建立了具有一定普適性的鹵化物結構與離子傳輸的構效關系。基于在鹵化物離子超導體方面的長期研究基礎，該團隊及其合作者在這項工作中提出，使用成本低廉的鐵基鹵化物作為正極材料，通過結構調控使其同時具備鋰離子和電子混合導電能力，以及穩定的 Fe2?/Fe3?氧化還原電對，從而實現一體化電極設計。

實驗數據顯示，在不含任何額外導電劑和固體電解質的情況下，該電極在 5C 的高倍率下循環 3000 次后，容量保持率約為 90%。除了超長壽命，該材料的能量密度也十分出色，作為純 “一體化” 正極時，其能量密度可達 529.3 Wh?kg?1。

第二種是單一材料多功能化，例如中國科學院崔光磊團隊開發的 Li?.??Ti?(Ge?.??P?.??S?.?Se?.?)?（LTG?.??PSSe?.?）材料，兼具鋰離子傳導（σ_Li?=0.22 mS/cm）和電子傳導（σ_e=242 mS/cm）能力，無需添加導電劑即可實現高效電荷傳輸。數據顯示，LTG?.??PSSe?.?材料展現出 250 mAh?g?1 的比容量，且體積變化極小，僅為 1.2%。由該材料構成的均質陰極使全固態鋰電池在室溫下可實現超過 20,000 次的穩定循環，并在電池層面達到 390 Wh?kg?1 的比能量。研究團隊計劃進一步探索該材料的可擴展性及其在實際電池系統中的應用。

不過，盡管一體化正極技術已取得顯著進展，仍需突破一些瓶頸。例如，在材料規模化制備方面，需優化鹵化物正極的合成工藝、提升硫化物電解質的空氣穩定性；在成本控制方面，要探索鐵基鹵化物等低成本材料工業化生產的可行性；在界面長期穩定性方面，需驗證動態自修復機制在極端工況下的可靠性。

相信隨著材料科學與制造技術的不斷突破，一體化正極有望成為固態電池商業化的關鍵跳板，推動其在電動汽車、大規模儲能等領域的廣泛應用。