魏明灯/李亚峰/郭龙缘团队在高压卤化物固态电解质研究中取得新进展

近日，魏明灯教授/李亚峰研究员/郭龙缘副教授团队在锂电池卤化物全固态电解质研究中取得新进展。团队提出“硬酸高熵”协同设计策略，通过稳定氯配位八面体及氯相关电子态，兼顾电解质的高压稳定性与快速锂离子传输，助力高镍正极全固态电池在4.8 V充电截止电压下实现长寿命循环。相关成果以“Hard-Acid High-Entropy Stabilized Chloride Octahedra for Halide Solid Electrolytes at High-Voltage of 4.8 V”为题发表于国际知名期刊 Advanced Functional Materials。

高电压全固态锂电池的发展，对固态电解质的耐氧化能力与离子传输性能提出了更高要求。卤化物固态电解质具有较高的离子电导率、良好的可变形性以及与高电压氧化物正极的兼容性，但当工作电压提升至4.5 V以上时，其结构与界面稳定性仍面临挑战。以Li₃InCl₆为例，局部较长、较弱的金属—氯键容易成为结构薄弱位点，在高电压下伴随Cl⁻氧化，引发界面退化与性能衰减。因此，如何稳定氯配位骨架，同时保持快速锂离子传输，是提升卤化物电解质高压适用性的关键。

针对上述问题，团队将软硬酸碱理论与高熵工程相结合，在Li₃InCl₆中引入Y³⁺、Al³⁺、Zr⁴⁺和Ta⁵⁺，构筑了Li_2.5In_0.5Y_0.1Al_0.1Zr_0.1Ta_0.2Cl₆（HE-Ta0.2）电解质。结构表征表明，多阳离子取代后，材料保持单一晶相，金属—氯键长缩短，配位八面体畸变减小。电子结构计算进一步显示，Cl p带中心下移，表明氯相关电子态得到稳定，有利于抑制高电压下的Cl⁻氧化。电化学测试与循环后界面分析共同表明，该策略能够改善电解质的氧化耐受性，抑制界面分解与阻抗增长。

在增强结构稳定性的同时，硬酸高熵设计还改善了锂离子迁移环境。通过调节Ta/Zr比例控制锂空位浓度，HE-Ta0.2的迁移路径能量起伏减小，局域锂离子运动加快。其室温离子电导率达到2.38 mS/cm，迁移活化能降至0.31 eV。此外，材料颗粒更加细小均匀，压片孔隙与微裂纹减少，机械顺应性改善，有利于形成紧密接触并促进离子传输。

基于HE-Ta0.2，团队采用高镍NCM90正极与Li-In合金负极组装全固态电池。在4.8 V充电截止电压（vs. Li/Li⁺）、10 C倍率下，电池循环1446次后仍保持80%的初始容量。在另行开展的2.8-4.6 V电压窗口测试中，电池在10 C下循环2650次后的容量保持率为80%；正极面载量提高至约24 mg·cm^-2时，初始面容量达到4.34 mAh·cm^-2，在0.5 C下循环328次后的容量保持率为80%。此外，在−20 ℃、0.2 C条件下，电池循环200次后的容量保持率达到92.1%。

该研究从局域配位结构与电子态调控出发，实现了卤化物固态电解质高压稳定性与离子传输性能的协同改善，为面向高电压全固态锂电池的电解质设计提供了新的思路。

福州大学化学学院硕士生胡明玮为论文第一作者，魏明灯教授、李亚峰研究员、郭龙缘副教授为论文共同通讯作者。福州大学为唯一通讯单位。相关研究得到国家自然科学基金，福建省自然科学基金和福州大学开放测试基金的支持。

论文信息：Hard-Acid High-Entropy Stabilized Chloride Octahedra for Halide Solid Electrolytes at High-Voltage of 4.8 V. Advanced Functional Materials, 2026. https://doi.org/10.1002/adfm.79022