郑州大学周震等团队Nature Communications !!体相到界面氟化策略构筑稳定低压全固态锂金属电池

全固态锂金属电池凭借高比能量与本征安全性，被视作下一代极具潜力的储能体系，有望突破传统锂离子电池在能量密度与安全性能上的瓶颈。然而，该类电池的实用化进程仍受多重关键难题制约：运行时需施加高堆叠压力以维持电极与电解质的界面接触，正、负极界面稳定性差，高镍层状氧化物正极在电化学与机械应力耦合作用下易出现晶格氧释放、相转变与晶间开裂等机械化学失效问题。这些问题共同导致电池循环寿命短、倍率性能差、单体比能量受限，难以满足产业化应用需求。硫化物固态电解质因高离子电导率、良好可变形性与可规模化合成优势，成为全固态电池的核心候选材料，但其与锂金属负极、高电压氧化物正极的化学不稳定性，会引发界面副反应、机械应力累积，进一步加剧电池性能衰减，亟需开发能同步解决低压运行、界面不稳定、正极结构劣化的一体化策略。

在这项研究中，研究人员利用氟原子快速的热力学扩散特性，设计出具有核壳结构的硫化物电解质 0.2LiF@Li5.4PS4.4Cl1.4F0.2，该电解质兼具富氟体相与 50 纳米氟化锂纳米壳层。电化学循环过程中，氟原子可自发扩散至高镍正极体相，强化正极结构稳定性，抑制机械化学失效；同时氟化锂纳米壳层能在锂负极与正极界面原位形成稳定的氟化界面层，兼顾正、负极界面的化学与机械稳定性。测试结果显示，该体系电池实现 3000 次长循环，平均每圈容量衰减仅 0.011%，可耐受 4.6 伏高电压，具备 5C 快充能力，且在 - 40 至 80 摄氏度宽温域内稳定运行。全固态软包电池在 2.5 兆帕低压下循环 350 次容量保持率达 85%，基于电解质、锂金属与正极材料的单体比能量超 400 瓦时每千克。

该研究提出的体相到界面氟化策略，成功攻克了全固态锂金属电池低压运行、界面失稳、正极劣化的耦合性难题，为高性能全固态电池的设计提供了全新思路。核壳结构硫化物电解质通过精准调控晶格氟与游离氟的比例，既保留了硫化物电解质高离子电导率的优势，又借助氟化锂的宽电化学稳定窗口与疏水性，提升了电解质的界面稳定性与环境耐受性。氟原子的定向扩散实现了正极体相强化与正、负极界面保护的协同作用，让电池在 2.5 兆帕超低堆叠压力下仍能保持优异的循环、倍率与高电压性能。该成果验证了氟介导的体相与界面工程在抑制机械化学失效上的有效性，所开发的电解质体系兼具长寿命、高比能量与低压适配特性，大幅推动全固态锂金属电池从实验室研究走向产业化实际应用，为下一代储能电池的技术突破奠定了重要材料与机制基础。