仅仅只是一杯咖啡的时间，电动汽车就可以在保证安全的前提下完全充满电——这是业界对全固态锂离子电池的厚望。然而，这种被誉为“终极安全”的固态电池，长期以来不得不面对一个核心痛点：充电速度慢，尤其是在追求长续航时需要增厚电极的条件下快充更是难上加难。

近日，中国科学院青岛生物能源与过程研究所研究员崔光磊团队联合中国科学院院士、山东师范大学教授唐波，西安交通大学教授薛伟江，在这一关键问题上取得重要突破。他们创新性地提出一种“架构连续体”设计理念，成功研制出一种由铟、锡、铋三种元素构成的新型合金负极。该负极助力全固态电池将极限电流密度从传统固态锂金属电池的1毫安每平方厘米提升至150毫安每平方厘米，可以在保持高能量密度的同时展现出惊人的快充性能。相关成果于近期发表在《自然·通讯》上。

“在传统观念里，电池的充电速度和能量密度如同‘鱼与熊掌’，难以兼得。而对于全固态电池而言，这个问题尤其突出。”论文共同通讯作者、青岛能源所研究员董杉木解释道。电池的充电速度主要取决于电池内部离子和电子的传输效率，而离子和电子在厚电极中的传输路径长、传输阻力大；除此之外，高容量负极材料在充放电过程中会产生巨大的体积膨胀和收缩，进而破坏固固界面接触、堵塞传输通道，甚至可能引发锂枝晶生长导致电池短路。

为解决这一难题，研究团队选用铟、锡、铋三种“软”金属构成合金，通过蠕变变形释放电池内部应力，使负极始终与电解质维持紧密固固接触；同时，合金在充放电过程中呈现“分步协同”机制：铋先构建高离子电导的晶体骨架，铟和锡随后形成非晶态合金填充其间，从而为负极共同构建优异的离子和电子传输通路，为电池的超快充电奠定了基础。

“这项工作首次在全固态电池体系中同时实现了小于10分钟的快速充电和大于200瓦时每千克的高能量密度，打破了固态电池领域的性能权衡与取舍。”崔光磊表示，这项研究为发展具有高安全、高能量密度和超快充电能力的下一代电池技术提供了全新的材料设计和解决方案，展示了全固态电池走向商业化的广阔前景。

该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的支持。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-67352-w