全固态电池被视为下一代动力电池的核心方向，最大卖点是安全性。电池从液态走向固态，关键在于把易燃的有机液态电解质换成不易燃的无机固体电解质。目前最有前景的两类固态电解质，一类是硫化物，一类是卤氧化物。

这两类材料各有长处，也各有短板。硫化物电解质离子电导率高、质地柔软，对金属锂负极稳定，但抗氧化能力弱，与高电压正极接触时容易发生副反应。卤氧化物恰恰相反，抗氧化能力强，能稳妥适配高电压正极，离子电导率也不输液态电解液，却经不起负极一侧的还原环境。

于是业界提出双电解质架构：正极一侧用卤氧化物，负极一侧用硫化物，各取所长。这个思路听起来完美，却引出一个新问题，两种电解质之间新增了一个界面，而这个界面极不稳定。

一、一个界面卡住一条技术路线

卤氧化物和硫化物在化学上本不相容，实验证据非常直接。Li₃InCl₆与硫化物接触后生成含 In-S 的化合物，Li₂ZrCl₆与硫化物反应生成电子导电的 ZrS₂，Li₃YCl₆界面则逐渐析出 Y₂O₃。这些副产物的共同特点是界面导电性失控，尤其是 ZrS₂这类电子导体，会让电解质界面从只走锂离子变成电子也能穿行，引发持续寄生反应，界面阻抗不断攀升，电池容量快速衰减。

也就是说，双电解质架构的核心矛盾不在正极，也不在负极，恰恰卡在两种电解质的交界处。界面一旦失稳，整条技术路线的长循环寿命就无从谈起。

二、隔离层不是长久之计

针对这个界面难题，主流思路是加隔离层。最典型的做法是在卤氧化物和硫化物之间沉积一层1-2nm厚的Li₃PO₄保护层，物理隔绝两侧接触，界面副反应确实被压住了。

但隔离层有致命短板。Li₃PO₄本身几乎不导离子，电导率比电解质低了七八个数量级。低倍率下尚可应付，一旦需要大电流快充快放，锂离子在界面的输运就会被这层近绝缘的薄层死死卡住。也有研究尝试用另一种电导率较低的卤化物替代硫化物层来回避不相容，结果同样以牺牲整体离子传输为代价。

 图1. (a) 未改性卤化物/LPSC，(b) 卤化物/Li3PO4/LPSC，以及(c) 硫卤化物/LPSC界面处的界面副反应和锂离子传输机理示意图。

这些方案的本质，是把界面稳定性和离子传输速度放在了对立面。想稳定就牺牲速度，想快就难以稳定，以往研究始终没有跳出这个两难。

三、给卤氧化物掺点硫

宁波东方理工高等研究院的研究团队换了一条思路。与其物理隔绝，不如让两种电解质在化学上本征相容，切入点是向卤氧化物Li₂O-TaCl₅中掺入硫元素。

掺硫之后，卤氧化物的局部结构发生根本性重构。短程尺度上，原来的 Ta-O-Cl 配位环境变成多种含硫的新配位结构；中程尺度上，原本相对均匀的氧桥联网络变成氧硫混搭、共角与共边并存的复杂骨架。

这两个层面的变化，恰好都朝着与硫化物更亲近的方向发展。计算显示，含硫的中程结构对硫化物中 PS₄^3-四面体的吸附能力显著增强，明显强于原来的含氧结构。同时，富硫的短程结构对进一步的硫取代反应表现出更高的能量壁垒，一旦形成就不易继续向更剧烈的反应方向发展。通俗地说，掺硫让卤氧化物在局部尺度上长得越来越像硫化物，两个本不相容的材料由此变得彼此熟悉。

化学层面的改造直接反映在界面行为上。把卤氧化物和硫化物粉体混合加热做加速反应测试，未改性的组合150℃就出现明显界面反应，225℃时大量生成电子导电的TaS₂。掺硫后的组合到225℃依然保持结构完整，即使加热到300℃，TaS₂的生成量也显著减少。

掺硫还有一个意外收获，离子传输不降反升。硫的引入让非晶骨架的局域结构更加多样，锂离子迁移网络的连通性更好，室温离子电导率从初始的7.9 mS/cm 提升到14.2 mS/cm，锂离子扩散系数几乎翻倍。

界面更稳定、传输更快，两者不再是二选一。这正是这项工作最核心的突破，通过局部阴离子化学调控，把长期存在的稳定与传输权衡直接消除。

四、极寒到高温的宽温域表现

性能最终要在电池里兑现。研究团队组装了正极侧卤氧化物、负极侧硫化物的全固态电池，在-50℃到100℃的宽温域内测试。

-50℃的极寒环境下，电池依然能放出约130 mAh/g 的容量，90次循环后容量保持率仍在97% 以上。这一条对固态电池意义重大，低温正是固态电池的普遍软肋，硫化物体系在低温下离子传输衰减尤其严重，能在极寒下保持稳定输出，意味着应用场景从普通电动汽车扩展到了高寒地区乃至航空航天。

图2采用8S-LTOC的全固态电池宽温域性能

(a)Li-In/LPSC/8S-LTOC/LiCoO₂电池在-50℃下的循环性能。

(b)本工作中基于8S-LTOC的全固态电池与此前报道的低温全固态电池在工作温度与正极面载量方面的对比。

(c)Li-In/LPSC/8S-LTOC/NCM89电池在室温、31.84mg cm^-2高面载量下的循环性能，以及(d)对应的首次充放电曲线。

(e)Li-In/LPSC/8S-LTOC/NCM89电池在100℃、1.0C下的循环性能。

(f)采用152 mg cm^-2和127 mg cm^-2超高正极面载量的高温全固态电池的首次充放电曲线。

高温一侧同样稳定。电池在100℃下实现了超过21 mAh/cm² 的超高面容量。循环寿命方面，改性体系在15C超高倍率下稳定循环2000次，容量保持率超过85%。循环过程中的界面阻抗增长被大幅抑制，未改性体系循环中界面阻抗增长约75%，改性后仅增长约15%。XPS 定量分析显示，界面处Ta-S类副产物的相对含量从46% 降到18%，副反应被明显抑制。

五、结语

从物理隔离到化学相亲，这篇工作为双电解质全固态电池指出了一条新路。问题不一定非要靠阻挡层去堵，通过调控电解质自身的局部化学环境，可以让两种本不相容的材料变得天然兼容。界面稳定与快速传输这对长期矛盾，就此找到了同时满足的答案。对正在冲刺高能量密度与宽温域应用的全固态电池而言，这一思路的价值才刚刚开始显现