锂电那些事今日第二条2025年07月16日 星期三
当“双碳”目标成为全球共识,全固态电池凭借高能量密度、超长寿命与“零起火”特性,正被锁定为下一代储能的终极路线。硅负极以4200 mAh g⁻¹的理论比容量、丰富储量和低成本,成为这条路线上的“关键先生”,却也因本征低电导率和≈300 %的体积膨胀而步履维艰:电极粉化、界面失效,倍率与寿命双双受限。
破局者来自西安交通大学宋江选团队。他们设计了一种可低成本宏量制备的ZnSi₁₂P₃硅基负极,通过“可逆纳米晶相转变”机制,巧妙地把“硬伤”变成“自愈力”——
• 嵌锂时,电化学驱动下原位生成Li₁₅Si₄、LiZn、Li₃P三相纳米晶,协同缓冲体积应力;
• 脱锂后,三相精准“复位”为ZnSi₁₂P₃,电极结构始终保持完整。
得益于此,该材料可逆容量高达2669 mAh g⁻¹,与高镍三元正极搭配,在3 C倍率下循环3000 次以上仍无衰减。论文以“Reversible Nano Crystalline-Phase Transformation in Si-Based Anode Enables Stable All-Solid-State Batteries”为题发表于《Nano Letters》,博士生沈雪峰、硕士生王以和为共同一作。
粘结剂是全固态电池的另一大“隐形冠军”。宋江选团队同期在《Advanced Materials》发表综述“Toward Practical All-Solid-State Batteries: Current Status of Functional Binders”,首次提出“离子-电子双导+应力耗散”一体化设计原则,系统梳理了硅负极、复合正极、固态电解质用粘结剂的失效机理与解决策略。博士生毛财旺、硕士生董静静、李杰为共同一作。
两项研究均以西安交通大学金属材料强度全国重点实验室为第一单位,宋江选教授为唯一通讯作者,合作方包括国联汽车动力电池研究院副总经理王建涛、中国一汽集团。项目获工信部专项、国家自然科学基金、陕西省基础研究计划资助,表征测试由西安交大分析测试共享中心与材料学院分析测试中心提供支持。