在全球能源轉(zhuǎn)型加速推進的背景下，全固態(tài)電池因具備高能量密度、長循環(huán)壽命和卓越的安全性能，被廣泛視為下一代能源存儲的核心技術(shù)。在全固態(tài)電池體系中，硅憑借其高理論比容量(4200mAh/g)、豐富的儲量及低成本優(yōu)勢，成為最具應用前景的負極材料之一。然而，硅負極固有的差離子/電子導電性，且在鋰化/脫鋰過程中產(chǎn)生劇烈的體積變化，容易引發(fā)電極結(jié)構(gòu)崩塌，嚴重制約了其倍率性能和循環(huán)壽命。
 

　　針對上述關(guān)鍵挑戰(zhàn)，西安交通大學宋江選教授團隊提出了一種具有可逆納米晶相轉(zhuǎn)變特性的低成本、高導電、高穩(wěn)定性ZnSi12P3新型硅基負極材料。該材料在鋰化過程中經(jīng)電化學驅(qū)動可原位轉(zhuǎn)化為Li15Si4、LiZn和Li3P納米晶相，脫鋰后可逆轉(zhuǎn)變回原始的ZnSi12P3結(jié)構(gòu)，從而有效緩解體積膨脹帶來的應力并保持電極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。該負極材料展現(xiàn)出高達2669 mAh/g的可逆比容量，并在與高鎳三元正極匹配后，于3C高倍率條件下實現(xiàn)了超過3000次穩(wěn)定循環(huán)。相關(guān)研究成果以《硅基負極中可逆的納米晶相轉(zhuǎn)變促進了全固態(tài)電池的穩(wěn)定運行》(Reversible Nano Crystalline-Phase Transformation in Si-based Anode Enables Stable All-Solid-State Batteries)為題，發(fā)表于國際權(quán)威期刊《納米快報》(Nano Letters)。西安交通大學材料學院博士生沈雪峰和碩士生王以和為本文共同第一作者。
 

　　功能化粘結(jié)劑的開發(fā)對于上述全固態(tài)電池的開發(fā)也發(fā)揮著關(guān)鍵作用。近年來，宋江選教授團隊圍繞功能聚合物粘結(jié)劑分子設計開展了系統(tǒng)研究，提出并開發(fā)了離子-電子雙導型、應力耗散型等新型粘結(jié)劑體系，近期受邀在國際知名期刊《先進材料》(Advanced Materials)上發(fā)表了題為《面向?qū)嶋H應用全固態(tài)電池的功能粘合劑現(xiàn)狀》(Toward Practical All-Solid-State Batteries: Current Status of Functional Binders)的綜述文章。該綜述系統(tǒng)總結(jié)了高比能全固態(tài)電池中硅基負極、復合正極和固體電解質(zhì)用粘結(jié)劑的設計原則，并針對各個部分提出了潛在挑戰(zhàn)的解決策略。西安交通大學材料學院博士生毛財旺和碩士生董靜靜、李杰為本文共同第一作者。
 

　　上述研究成果以西安交通大學金屬材料強度全國重點實驗室為第一單位，宋江選教授為論文唯一通訊作者，論文合作成員包括國聯(lián)汽車動力電池研究院有限責任公司副總經(jīng)理王建濤以及中國第一汽車集團有限公司。該研究得到了工信部專項、國家自然科學基金、陜西省自然科學基礎研究計劃的資助，涉及表征及測試工作得到西安交通大學分析測試共享中心和材料學院分析測試中心的大力支持。