全固态电池因其高能量密度和本征安全性，被视作下一代电化学储能技术的重要发展方向。然而，固-固界面的接触失效问题始终制约其实用化进程——为维持电极与固态电解质之间的充分接触，现行体系通常需要施加数十兆帕的外部堆叠压力。这给系统集成带来显著负担，并限制电池构型的灵活性。

近期，一项发表于《Advanced Energy Materials》的研究提出了一种基于离子导电弹性体的界面设计策略，在5 MPa的低压下实现了长循环稳定性。该策略通过在热塑性弹性体骨架中引入离子液体相，构建了兼具离子传输能力与力学柔顺性的界面材料，有效缓解了电化学-机械耦合退化。

01 高压依赖：全固态电池的工程瓶颈

硫化物固态电解质属脆性陶瓷材料，其颗粒间依靠外部压力维持离子传输所需的接触。当电池在低压力条件下运行时，电极活性物质在充放电过程中的体积变化会引发界面分离与微裂纹扩展，导致锂离子传输路径中断、容量快速衰减。传统粘结剂虽能增强极片结构完整性，但其自身为电子和离子绝缘体，引入量过大会阻碍离子传导，从而限制电极动力学性能。

图1 离子弹性体在全固态电池中的作用机制。(a) 堆叠压力不足时，正极活性材料在循环中的体积变化导致其与固态电解质的界面脱离，而常规绝缘性粘结剂进一步阻碍锂离子传输；(b) 本工作开发的离子导电弹性体在维持界面力学接触的同时，构建了高效的Li⁺传导网络，从而在低堆叠压力下保障稳定循环。

02 离子弹性体的分子设计与基本性质

研究团队选择聚（苯乙烯-异丁烯-苯乙烯）三嵌段共聚物作为弹性体基体。其非极性主链可避免与硫化物电解质发生有害化学反应，且兼具热塑性加工性与橡胶态弹性。通过在该基体中复合由双三氟甲磺酰亚胺锂与三甘醇二甲醚组成的溶剂化离子液体（LiG3），制得了SIBS-LiG3离子弹性体。

图2 SIBS基离子弹性体的结构、力学与电化学性质。(a) SIBS和SIBS-LiG3的光学照片，显示两者均具有优异的柔韧性；(b) 压痕法测得的弹性模量，SIBS为60.9 MPa，SIBS-LiG3降至29.8 MPa，表明添加LiG3后仍保持良好的力学强度；(c) SIBS与LiG3在不同质量比（1:9、3:7、5:5）下的离子电导率，其中3:7比例的样品（即后续所称SIBS-LiG3）达到0.30 mS cm⁻¹，兼顾电导率与力学稳定性；(d,e) 纯SIBS与SIBS-LiG3弹性体的扫描电镜图像，前者呈致密布状形貌，后者形成弹性体交联网络结构；(f,g) SIBS-LiG3的元素分布图，碳元素勾勒出弹性体骨架轮廓，硫元素（源自LiG3）均匀分布在骨架中，印证离子导电相被有效包裹并形成三维传输网络。

该材料的关键性能参数如下：

• 室温离子电导率：0.3 mS cm⁻¹

• 弹性模量：29.8 MPa

• 热稳定性：惰性气氛下分解温度≥400°C

• 与硫化物的化学相容性：无新相生成，无有害副反应

03 复合电解质

将SIBS-LiG3与典型硫化物电解质Li₅.₅PS₄.₅Cl₁.₅（LPSC）以95:5质量比复合，所得LPSC-SIBS-LiG3复合电解质呈现出显著优化的微结构。冷压成型后，纯LPSC颗粒间因摩擦产生应力集中，导致大量微裂纹和孔洞；而离子弹性体的引入起到颗粒间“柔性桥接”作用，减少了摩擦诱导的损伤，促进均匀致密化。

图3 离子弹性体与硫化物电解质的相容性及复合电解质性质。(a) 纯LPSC冷压片的截面SEM图像，显示较多尖锐边缘和裂纹；(b) LPSC-SIBS-LiG3复合电解质截面形貌，裂纹被明显抑制，颗粒间接触改善；(c) XRD图谱对比，复合电解质仅显示硫银锗矿相衍射峰，未出现杂相，证实化学稳定性；(d) 拉曼光谱显示，LPSC与SIBS-LiG3的特征峰共存，无新峰出现，进一步验证无副反应；(e) ⁷Li魔角旋转核磁共振谱，LPSC-SIBS-LiG3中仅观察到分别归属于LPSC（1.15 ppm）和SIBS-LiG3（−1.4 ppm）的两个峰，无额外信号，表明两相独立且无锂环境改变；(f) 离子电导率对比，LPSC-SIBS-LiG3达到5.23 mS cm⁻¹，显著高于仅混入绝缘SIBS的对照组（3.6 mS cm⁻¹），活化能为0.318 eV。

04 声共振技术在电解质膜制备中的应用

在固态电解质膜的成型工艺中，研究团队采用了声共振混合技术。该技术利用低频声波与高强度共振在粉体材料中产生均匀的能量和剪切力，可在无溶剂或低溶剂条件下实现多组分的高效微观混合。具体操作中，将LPSC-SIBS-LiG3复合粉末与少量聚四氟乙烯粘结剂共同置于声共振混合器中，通过精确控制声频参数，使各组分在干态下均匀分散并纤维化，形成的团状物料随后经热辊压延制成厚度可控的固态电解质薄膜。相较于传统溶剂法，该干法路线避免了硫化物电解质与有机溶剂可能发生的副反应，同时省去了溶剂挥发工序，过程更为经济环保；与高能球磨相比，声共振混合可防止电解质颗粒的过度破碎和机械化学损伤，更好地保留了材料的本征离子电导率。这一工艺与离子弹性体的材料设计形成协同，确保了电解质薄膜的结构均匀性，为后续的界面稳定性和长循环寿命奠定了基础。

05 低压力下的电极动力学与全电池性能

基于上述发现，研究者在高镍正极LiNi₀.₉Co₀.₀₉Mo₀.₀₁O₂（Ni90）中引入SIBS-LiG3作为离子导电粘结剂，并组装全电池进行低压评估。

图4 低堆叠压力下的电极动力学表征。(a,b) 使用SIBS和SIBS-LiG3粘结剂的Ni90电池在不同外部压力下的电化学阻抗谱，5 MPa时SIBS-LiG3电池的总阻抗为26.6 Ω，低于SIBS电池的38.7 Ω；(c) 微分容量曲线对比，Ni90-SIBS-LiG3在H2/H3相变处的过电位仅30 mV，显著低于Ni90-SIBS的90 mV；(d) 首次循环的GITT曲线对比，含离子弹性体的电池在整个充放电过程中表现出更低的极化；(e,f) GITT中100%荷电状态下的瞬态电压响应的放大，Ni90-SIBS-LiG3的过电位为40.6 mV，低于Ni90-SIBS的64.5 mV，进一步证实了离子输运动力学的提升。

全电池在5 MPa堆叠压力下表现出优异的电化学性能：

• 0.05C初始放电比容量达200 mAh g⁻¹（活性物质载量12 mg cm⁻²）

• 1C倍率下循环700次后仍保持98.1 mAh g⁻¹的容量

• 0.5C下循环450次，容量保持率81%

• 倍率测试中，0.1C至2C容量分别为192.2、178.2、156.6、143.3和110.1 mAh g⁻¹，无软短路迹象

图5 低外部压力下的全电池电化学性能。(a) Ni90-SIBS-LiG3电池在5 MPa、0.1C条件下的循环稳定性，0.05C活化三圈后以0.1C稳定循环超过50圈，库仑效率接近100%；(b) 5 MPa下的倍率性能，0.1C至2C容量衰减平缓，回到0.1C后容量几乎完全恢复；(c) 不同倍率对应的充放电曲线，高倍率下仍保持正常的电压平台，无软短路特征；(d) 1C长循环性能，初始容量127.9 mAh g⁻¹，循环700次后保持98.1 mAh g⁻¹；(e) 软包电池在2 MPa下的循环性能，0.5C下容量130.9 mAh g⁻¹，稳定循环50余圈；(f) 不同倍率下的原位应力响应，归一化应力变化小，表明电化学-机械损伤得到有效抑制；(g) 本工作与文献报道的低压全固态电池长循环性能对比，本工作的循环稳定性和循环次数具有显著优势。

原位应力监测表明，电池在0.1C、0.2C和0.5C下的归一化应力变化极小，分别为0.27、0.23和0.19 MPa mAh⁻¹，显示出有限的应力累积，与电池稳定的循环行为一致。

06 向更低压力与实用化推进

研究进一步将该体系放大至软包电池构型（见上图5e）。在约2 MPa的低操作压力下，软包电池在0.5C下稳定循环超过50次，容量为130.9 mAh g⁻¹。更为重要的是，将完成初始循环的软包电池卸除外部压力（<0.1 MPa）后，电池仍能继续以0.5C稳定循环超过1000次，容量维持在102.8 mAh g⁻¹。即使在低锂过量和无负极的严苛配置下，该弹性体策略仍能维持稳定的循环，显示出对界面退化的显著抑制效果。

07 技术价值与应用前景

该工作提出的离子导电弹性体策略具有以下突出优势：

1. 破除高压壁垒：将全固态电池的操作压力降至5 MPa甚至更低，显著降低系统级别的力学支撑需求，简化模组设计。

2. 工艺兼容性：弹性体可通过溶剂法浆料涂布工艺引入，与现有电极制造技术兼容；电解质膜的声共振干法混合工艺则提供了无溶剂制备的替代路线，二者均具备规模化潜力。

3. 界面稳定机制：通过在固态颗粒间构建柔性且导离子的连续介质，有效吸收循环应变能，抑制电化学-机械损伤的累积。

4. 策略可拓展性：该设计理念——将力学缓冲与离子传导功能一体化的界面介质——可望拓展至其他固态电解质及电极体系，为全固态电池的界面工程提供通用思路。

综上，通过离子弹性体界面设计与声共振混合工艺的协同创新，研究人员在不牺牲能量密度的前提下，显著降低了全固态电池对外部高压力的依赖，同时实现了长循环寿命。这项工作为突破全固态电池的工程化瓶颈提供了一条切实可行的技术路径。

本文参考文献：

Zhang, J., Xia, S., Zhang, S. et al. Ionic Elastomer Interface for Low-Pressure and Durable All-Solid-State Batteries. Adv. Energy Mater., 2026, DOI: 10.1002/aenm.202504652.2026年04月21日，宁波东方理工大学孙学良院士、王长虹团队在《Advanced Energy Materials》期刊发表题为“Ionic Elastomer Interface for Low-Pressure and Durable All-Solid-State Batteries”的研究论文，东方理工大学/中科大Zhang Jiaxu、东方理工大学Xia Shengjie为论文共同第一作者，王长虹、孙学良院士、中国第一汽车集团有限公司王德平、宁波工程学院余睿智为论文共同通讯作者。