本报讯　 迄今为止，商业化锂电池多采用具有挥发性和易燃性的有机电解质，存在一系列安全问题。而全固态锂电池因其固有的安全性和热稳定性，被认为是极具应用前景的下一代电池技术。成功构筑全固态锂电池的关键在于找到兼具高离子电导率和高界面稳定性的固态电解质材料。

　　近日，浙江工业大学陶新永课题组与中国科学技术大学姚宏斌课题组、李震宇课题组合作，设计开发出镧系金属卤化物基固态电解质新家族LixMyLnzCl3（Ln为镧系金属元素，M为非镧系金属元素）。得益于镧系金属元素的低电负性，以及金属氯化物良好的耐氧化性和可变形性，镧系金属卤化物基固态电解质可直接与锂金属负极和三元正极匹配，实现无任何电极修饰且室温可运行的全固态锂金属电池。相关研究成果于4月5日发表在《自然》杂志上。

　　团队成员发现，以LaCl3为代表的镧系金属卤化物LnCl3（Ln=La, Ce, Pr, Nd, Sm等）晶格中天然具有丰富的一维大尺寸孔道，适合锂离子的高速传输，并可通过镧空位形成连续的三维传导。分子动力学模拟表明，具有独特非密堆积原子排列方式的LaCl3晶格框架可实现13.2 mS cm-1的室温离子电导率。团队成员选择高价掺杂策略来制造镧空位，得益于大尺寸高速离子通道和相邻通道间超强的交换作用，优化的Li0.388Ta0.438La0.475Cl3表现出3.02 mS cm-1的高室温离子电导率和0.197 eV的低活化能，优于氧化物电解质和传统卤化物电解质，可与部分硫化物电解质相媲美。La的低电负性和梯度界面层的形成赋予了LaCl3基电解质对锂金属良好的稳定性，组装的锂金属对称电池以0.2 mA cm-2的电流密度和1 mAh cm-2的面容量可稳定循环5000小时以上。基于此，组装的全固态锂金属电池无需负极垫层和正极包覆等额外的常用界面稳定手段，即可实现室温中百圈以上的循环。

　　此外，团队成员还发现，镧系金属卤化物可在容纳大量异种非镧系金属元素的同时仍保持快离子传输的UCl3晶型结构特征。这个性质赋予了镧系金属卤化物框架极强的可拓展性，使镧系金属卤化物固态电解质LixMyLnzCl3在未来通过合理的元素设计，具备实现更高界面稳定性、更快离子传导和更廉价原料成本的巨大潜力。具备UCl3晶型特征结构的镧系金属卤化物固态电解质LixMyLnzCl3将成为如硫化物中LGPS结构、氧化物中LLZO结构的一个全新的电解质家族。本报记者　林洁