11月25日，我院孙学良院士联合加拿大西安大略大学Tsun-Kong Sham院士、马里兰大学莫一非教授及橡树岭国家实验室的刘珏博士,在国际知名期刊《Nature Nanotechnology》以“Superionic conducting vacancy-rich β-Li3N electrolyte for stable cycling of all-solid-state lithium metal batteries”为题联合发布了一项固态电解质研究成果，通过设计空位富集的β-Li3N固态电解质，成功解决了锂金属电池的界面反应和锂枝晶生长问题，显著提升了电池的整体性能。

全固态锂金属电池具有取代现有锂离子电池技术的巨大潜力。与传统液态电池相比，全固态锂金属电池使用固态电解质和锂金属负极，不仅显著提升了电池的能量密度，而且同时改善了安全性和循环寿命。这一技术突破将为电动汽车和大型储能系统等领域提供更加高效且安全的能源储存解决方案。然而，现有的硫化物、卤化物和氧化物电解质在与锂金属负极匹配时，面临着界面反应、材料不稳定性以及锂枝晶生长等问题，这些问题严重限制了全固态锂金属电池的库仑效率、能量密度以及使用寿命。因此，开发具有优异界面稳定性、高离子导电率的新型固态电解质材料是提升全固态锂金属电池性能的关键。

该研究团队合成了一种富含锂和氮空位的β-Li3N固态电解质,同时揭示了空位参与的锂离子快速迁移机制。这种固态电解质材料不仅具有极高的室温离子导电率，达到2.14×10-3S/cm，超越了已报道的氮化物电解质，而且展现了卓越的对空气和锂金属稳定性。该研究团队进而成功构建了高性能锂对称电池，不仅展现出超过4000小时的循环寿命，而且在极高临界电流密度下（45 mA/cm2）实现了稳定运行。另外，该研究团队还开发了全固态锂金属电池，通过β-Li3N与卤化物电解质，LiCoO2（LCO）和高镍LiNi0.83Co0.11Mn0.06O2（NCM83）正极材料进行科学匹配，展现了优异的循环寿命：在1.0 C循环电流下，LCO电池在5000次循环后容量保持率达到了82.05%，而NCM83电池在3500次循环后容量保持率达到了92.5%。

该研究为全固态锂金属电池在电动汽车等领域的快速充电和高能量密度需求提供了新的技术路径，预计将在未来推动电池技术的大规模应用进程。

该论文第一作者为我院李维汉助理教授、加拿大西安大略大学李旻鸶博士，我院汪硕助理教授和橡树岭国家实验室Po-Hsiu Chien博士。宁波东方理工大学（暂名）讲席教授孙学良院士为本论文的第一通讯作者。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41565-024-01813-z