電動(dòng)汽車（EV）需求的激增促使汽車制造商加大對(duì)電池性能提升的關(guān)注。多年來，工程師們一直設(shè)想固態(tài)電池作為電動(dòng)汽車的未來，承諾提升安全性、提升動(dòng)力和延長使用壽命。與傳統(tǒng)鋰離子電池不同，固態(tài)電池儲(chǔ)存更多能量，使用固體電解質(zhì)而非易燃液體，從而降低過熱和火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。

然而，向量產(chǎn)的進(jìn)展進(jìn)展緩慢。這是因?yàn)檫@些電池在快充或低劣天氣下容易出現(xiàn)裂紋和性能下降，且電池傳輸速度低于理想水平，導(dǎo)致鋰樹突形成。

即使復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的離子導(dǎo)電率提高以達(dá)到性能目標(biāo)，在足夠高的電流密度和面積容量下實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池的長壽命循環(huán)仍然很困難。

固態(tài)電解質(zhì)界面層（SEI）的核心問題

問題的關(guān)鍵在于鋰金屬負(fù)極表面形成的固態(tài)電解質(zhì)界面層（SEI）。SEI 是一層保護(hù)層，對(duì)電池性能和壽命起著至關(guān)重要的作用。在鋰離子電池中，SEI 源于電解質(zhì)分解，主要在首次循環(huán)過程中形成。

SEI 的質(zhì)量直接影響電池的多項(xiàng)性能，包括容量衰減、倍率性能、循環(huán)穩(wěn)定性和安全性。傳統(tǒng) SEI 質(zhì)地堅(jiān)硬脆弱，在應(yīng)力作用下極易開裂。

這些裂紋會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部鋰沉積不均，加速電池衰減。一旦 SEI 斷裂，鋰的不均勻堆積會(huì)進(jìn)一步加劇性能下降，縮短電池壽命。

韌性固態(tài)電解質(zhì)界面層（SEI）的創(chuàng)新突破

汽車制造商正在研發(fā)各種不同的解決方案，固態(tài)電池的研究也在持續(xù)進(jìn)行。最近，清華大學(xué)深圳國際研究生院和天津大學(xué)的科學(xué)家開發(fā)了他們所稱的“柔性裝甲”層。它旨在加固電池表面，增強(qiáng)其耐久性，幫助承受壓力并保持性能，即使在嚴(yán)寒條件下也能保持性能。

在 2025 年 10 月 29 日發(fā)表于 Nature 期刊的論文《用于固態(tài)電池的韌性固態(tài)電解質(zhì)界面層》中，清華大學(xué)深圳國際研究生院的康飛宇教授、何燕冰教授與天津大學(xué)的楊全紅教授提出了一種新思路：通過提升固態(tài)電池的柔韌性而非硬度來改善其性能。

研究團(tuán)隊(duì)采用銀基材料硫化銀（Ag?S）和氟化銀（AgF），開發(fā)出一種柔性 SEI 層。該層可輕微彎曲而不破裂，在保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的同時(shí)，仍能順暢傳導(dǎo)鋰離子。作為保護(hù)層，它還能有效阻止電解質(zhì)進(jìn)一步分解。

這種新型混合結(jié)構(gòu)有助于更均勻地將機(jī)械應(yīng)力分布在電池各處，防止裂紋和結(jié)構(gòu)失效，同時(shí)保持鋰離子在充放電過程中均勻分布。

新型固態(tài)電池柔性 SEI 層的測(cè)試結(jié)果

在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中，團(tuán)隊(duì)新設(shè)計(jì)的固態(tài)電池表現(xiàn)出顯著的耐久性和穩(wěn)定性，超過了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)室結(jié)果顯示，涂層在高應(yīng)力條件下連續(xù)運(yùn)行超過4500小時(shí)，展示了涂層在長時(shí)間內(nèi)抗裂和劣化的能力。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，電池在?30°C的溫度下能穩(wěn)定運(yùn)行超過7,000小時(shí)，這一溫度足以讓典型固態(tài)電池癱瘓。

該設(shè)計(jì)將軟材和剛性材料結(jié)合成漸進(jìn)的分層結(jié)構(gòu)。這減少了內(nèi)部應(yīng)力，防止裂紋，并在充放電過程中保持鋰的均勻分布。

突破 SEI 涂層量產(chǎn)挑戰(zhàn)的下一步

盡管取得了重要進(jìn)展，仍有大量工作亟待完成。科學(xué)家強(qiáng)調(diào)，這項(xiàng)創(chuàng)新并非固態(tài)電池量產(chǎn)的 “捷徑”，規(guī)模化生產(chǎn)是下一個(gè)關(guān)鍵考驗(yàn)：

• 銀化合物成本較高，不利于控制量產(chǎn)成本；

• 制造過程中需實(shí)現(xiàn)高速、大面積的均勻涂層涂布；

• 涂層厚度和均勻性對(duì)性能至關(guān)重要，需精準(zhǔn)把控。

不過，這項(xiàng)研究為提升固態(tài)電池在極端條件下的可靠性和壽命提供了潛在路徑，有望為其在電動(dòng)汽車中的廣泛應(yīng)用鋪平道路。