近来，我国科学技术大学姚宏斌课题组、李震宇课题组与浙江工业大学陶新永课题组协作，规划开宣布镧系金属卤化物基固态电解质新宗族Li(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，以及金属氯化物杰出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，完成无任何电极润饰且室温可运转的全固态锂金属电池。相关研究成果以《A LaCl-based lithium superionic conductor compatible with Li metal》为题，

  金属卤化物固态电解质（LixMCl6, M为金属元素）因其宽电化学窗口、杰出的室温电导率和不错的可变形性，展现出比氧化物/硫化物固态电解质更好的高电压氧化物正极适配性。2018年以来，根据Li3YCl6、Li3InCl6和Li3ScCl6等金属卤化物固态电解质的全固态锂电池完成了搭载钴酸锂、镍钴锰等4 V级正极的长循环，引起了广泛重视。但是，现在报导的大多数LixMCl6金属卤化物固态电解质选用易被复原的金属元素构建传导结构，导致对锂金属不安稳，只能选用高电位的锂铟合金，约束了高单位体积内的包括的能量全固态锂金属电池的开发。一起，传统的LixMCl6晶格中氯离子是六方或立方严密堆积，其空间体积较小，对锂离子的传导有必定约束，使其电导率大多在1 mS/cm。因而，开发对锂金属负极安稳的新式快离子导体结构结构是开展高比能全固态锂金属电池面对的要害应战。

  针对以上问题，小组成员发现，以LaCl3为代表的镧系金属卤化物LnCl3（Ln=La, Ce, Pr, Nd, Sm等）晶格中氯离子呈非严密堆积方法，天然存在丰厚的一维大标准孔道，合适锂离子的高速传输，并可经过镧空位构成接连的三维传导。分子动力学的模仿猜测标明，具有一起非密堆积氯离子摆放方法的LaCl3结构可完成13.8 mS cm-1的室温离子电导率（图1）。小组成员挑选高价离子掺杂战略来制作镧空位，得益于大标准高速离子通道和相邻通道间超强的交流效果，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，优于传统氧化物和最近报导的卤化物固态电解质，可与部分硫化物电解质相媲美（图2）。镧的低电负性和梯度界面层的构成赋予了LaCl3基电解质对锂金属杰出的安稳性，拼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的面容量可安稳循环5000小时之后（图3）。根据此，拼装的全固态锂金属原型电池不需要负极垫层和正极包覆等额定的常用界面安稳手法，就可以完成室温下百圈以上的循环（图4）。此外，小组成员还发现，镧系金属卤化物可包容很多异种非镧系金属元素，且在此状态下仍能坚持快离子传输的UCl3晶型结构特征。这个性质赋予了镧系金属卤化物结构极强的可拓展性，使镧系金属卤化物固态电解质LixMyLnzCl3在未来经过合理的元素规划，具有完成更高界面安稳性、更快离子传导和更廉价质料本钱的巨大潜力。具有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宗族。

  我国科学技术大学殷逸臣（博士后）、杨竞天（硕士生）、罗锦达（硕士生）和浙江工业大学卢功勋（博士）为本文的一起榜首作者；我国科学技术大学姚宏斌教授、李震宇教授与浙江工业大学陶新永教授为本文的一起通讯作者。本作业得到中科院先导方案、国家自然科学基金委、稀土资源使用国家重点实验室敞开基金、我国科学技术大学原创探究项目、我国科学技术大学“双一流”专项基金的赞助。

  本作业特别称谢北京大学深圳研究院肖荫果研究员、黄中垣博士，合肥微标准物质科学国家研究中心的龚科教师、汪琳俊教师，高德英特(北京)科技有限公司使用科学家鞠焕新博士和上海同步辐射光源的文闻研究员在表征和剖析方面的大力协助与支撑。合肥国轩高科动力动力有限公司的吴叶超、我国科学技术大学本科生王建平参加完成了本作业。