近日，我校机械工程学院任元老师团队在全固态电池氯化物固态电解质研究领域取得重要进展。相关成果以题为“Regulation of the Lattice dynamics of Li₂ZrCl₆ solid electrolytes via low-ion-potential element doping for all-solid-state batteries”的论文发表于材料领域国际知名期刊《Acta Materialia》。该项研究由内蒙古科技大学作为唯一独立单位完成。
研究以离子势为统一设计线索，通过低离子势稀土离子Er³⁺/Nd³⁺部分取代Zr⁴⁺，在提高Li⁺含量的同时增强氯骨架柔性，协同促进锂离子迁移，并在NCM811全固态电池中验证了性能提升，为卤化物固态电解质的组成设计提供了可计算的描述符。
长期以来，提升卤化物固态电解质的室温离子电导率主要依靠增加锂含量或优化烧结工艺，掺杂设计也常从离子半径与电荷补偿出发，但锂离子能否顺利通过，还取决于周围氯骨架能否在离子通过的瞬间发生适当的局部松弛。该项研究将X射线光电子能谱与拉曼光谱表征、元素分布分析同从头算分子动力学（AIMD）、声子与力常数计算、NEB计算相结合，揭示了Li2ZrCl6中“离子势—骨架柔性—离子输运”的关联：离子势较低的Er³⁺/Nd³⁺取代部分Zr⁴⁺后，一方面通过电荷补偿提高Li⁺含量，另一方面削弱Li–Cl相互作用、增强氯骨架柔性，二者协同降低了迁移阻力。研究表明，经四面体中间位点的Oct–Tet–Oct路径迁移势垒由未掺杂体系的0.658 eV降至Er体系的0.370 eV与Nd体系的0.417 eV，室温离子电导率随之由0.227 mS·cm-1提升至1.32 mS·cm-1（约为未掺杂样品的5.8倍）与1.13 mS·cm-1（约5.0倍）。离子势由此成为可计算的描述符，支持了一种以“增锂与增柔协同”为线索的组成设计思路，为高电压全固态电池中卤化物电解质的优化与界面匹配提供了新见解。相关成果先后发表于《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》(https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.6c01721)《Chemistry of Materials》(https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.5c02229)《Journal of Energy Storage》（https://doi.org/10.1016/j.est.2025.118286）等国际高水平期刊，形成了系统的研究积累。
离子势调控晶格动力学与离子运输机制
《Acta Materialia》是国际材料科学领域的顶级期刊之一，主要发表金属与合金、复合材料等材料结构与性能研究方面的高水平成果，全球年发文量仅700余篇。该刊为JCR Q1期刊、中科院一区TOP期刊，最新影响因子为10.7，五年平均影响因子为11.5，国际学术声誉卓著，是材料科学领域最具影响力的期刊之一。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2026.122904
科研速递