西安交大科研团队在全固态电池领域取得新进展

　　在全球能源转型加速推进的背景下，全固态电池因具备高能量密度、长循环寿命和卓越的安全性能，被广泛视为下一代能源存储的核心技术。在全固态电池体系中，硅凭借其高理论比容量(4200mAh/g)、丰富的储量及低成本优势，成为最具应用前景的负极材料之一。然而，硅负极固有的差离子/电子导电性，且在锂化/脱锂过程中产生剧烈的体积变化，容易引发电极结构崩塌，严重制约了其倍率性能和循环寿命。
 

　　针对上述关键挑战，西安交通大学宋江选教授团队提出了一种具有可逆纳米晶相转变特性的低成本、高导电、高稳定性ZnSi12P3新型硅基负极材料。该材料在锂化过程中经电化学驱动可原位转化为Li15Si4、LiZn和Li3P纳米晶相，脱锂后可逆转变回原始的ZnSi12P3结构，从而有效缓解体积膨胀带来的应力并保持电极结构稳定性。该负极材料展现出高达2669 mAh/g的可逆比容量，并在与高镍三元正极匹配后，于3C高倍率条件下实现了超过3000次稳定循环。相关研究成果以《硅基负极中可逆的纳米晶相转变促进了全固态电池的稳定运行》(Reversible Nano Crystalline-Phase Transformation in Si-based Anode Enables Stable All-Solid-State Batteries)为题，发表于国际权威期刊《纳米快报》(Nano Letters)。西安交通大学材料学院博士生沈雪峰和硕士生王以和为本文共同第一作者。
 

　　功能化粘结剂的开发对于上述全固态电池的开发也发挥着关键作用。近年来，宋江选教授团队围绕功能聚合物粘结剂分子设计开展了系统研究，提出并开发了离子-电子双导型、应力耗散型等新型粘结剂体系，近期受邀在国际知名期刊《先进材料》(Advanced Materials)上发表了题为《面向实际应用全固态电池的功能粘合剂现状》(Toward Practical All-Solid-State Batteries: Current Status of Functional Binders)的综述文章。该综述系统总结了高比能全固态电池中硅基负极、复合正极和固体电解质用粘结剂的设计原则，并针对各个部分提出了潜在挑战的解决策略。西安交通大学材料学院博士生毛财旺和硕士生董静静、李杰为本文共同第一作者。
 

　　上述研究成果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，宋江选教授为论文唯一通讯作者，论文合作成员包括国联汽车动力电池研究院有限责任公司副总经理王建涛以及中国第一汽车集团有限公司。该研究得到了工信部专项、国家自然科学基金、陕西省自然科学基础研究计划的资助，涉及表征及测试工作得到西安交通大学分析测试共享中心和材料学院分析测试中心的大力支持。