全固态电池凭借高安全性、高能量密度以及兼容锂金属负极的优势，被认为是下一代储能技术的重要发展方向。长期以来，人们认为采用无机固态电解质的全固态电池能够避免液态电池中的副反应问题，拥有更加优异的储存稳定性。然而，一项最新研究发现，全固态电池中隐藏着一种此前被忽视的失效机制——来自固态电解质自身的电子泄漏。

宁波东方理工大学讲席教授、中国工程院外籍院士孙学良与宁波东方理工大学副教授王长虹团队首次系统揭示了固态电解质电子传输对全固态电池自放电行为的影响机制。研究发现，当前固态电解质中 10−8∼10−9 S cm⁻1量级的电子电导率，在几十微米级薄电解质层条件下会导致显著的物理自放电。研究提出通过降低电子电导率和构筑电子阻隔界面抑制物理自放电的新策略，为高可靠性全固态电池设计提供了新的理论依据。相关研究成果发表于国际权威期《自然·能源》(Nature Energy)。

核心创新点：

1.揭示固态电解质电子传输诱发的物理自放电新机制

长期以来，全固态电池因采用无机固态电解质，被认为具有优异的储存稳定性。然而，研究团队发现，当前无机固态电解质中不可忽略的电子电导率会驱动电子穿透电解质层传输，形成持续性的内部漏电流，进而诱发全固态电池物理自放电。该研究首次揭示了固态电解质电子传输对全固态电池储存性能的关键影响，并指出当前固态电解质电子电导率(10⁻⁸∼10⁻⁹ S cm⁻¹)较商业锂离子电池隔膜(<10⁻¹⁵ S cm⁻¹)高出数个数量级，是导致全固态电池容量衰减的重要因素。这一发现突破了传统仅关注离子传输和界面稳定性的研究范式，为重新认识全固态电池长期可靠性及固态电解质设计提供了新的理论视角。

研究团队通过构建离子-电子耦合传输模型，首次系统揭示了固态电解质电子电导率与电解质厚度对物理自放电行为的协同影响。理论结果显示，随着电解质厚度不断降低，电子泄漏对电池储存性能的影响呈现显著放大效应；在几十微米级超薄固态电解质中，10⁻⁸∼10⁻⁹ S cm⁻¹量级的电子电导率可能引发严重容量衰减。进一步计算表明，只有将电子电导率降低至约10⁻¹² S cm⁻¹以下，才能实现与商业锂离子电池相媲美的低自放电性能。该研究建立了固态电解质设计参数与全固态电池长期可靠性之间的定量联系，为未来超薄、高能量密度固态电池开发提供了理论依据。

理论计算构建全固态电池的物理自放电行为与无机固态电解质的电子电导率和厚度的关系：a-b为不同厚度固态电解质的电池模型，d-h为不同厚度、不同电子电导率的固态电解质对应的电池自放电程度。

3.实验验证超薄固态电解质导致严重物理自放电现象

实验验证不同厚度固态电解质电池的自放电现象：a-e为1000 μm厚Li₆PS₅Cl固态电解质组装全固态电池及其所表现出的自放电现象；f-j为20 μm厚Li₆PS₅Cl固态电解质组装全固态电池及其所表现出的自放电现象。

4.提出降低物理自放电的多尺度调控策略

对固态电解质电子传输问题，研究团队提出了从原子、晶界、材料到界面的多尺度调控策略，包括通过能带工程降低电子迁移能力、通过缺陷调控抑制电子传输、构建无机/聚合物复合电解质阻断电子路径，以及设计电子阻隔型界面层等。研究进一步证明，构筑电子电导率低于10⁻¹² S cm⁻¹的界面层能够有效抑制超薄型全固态电池中的物理自放电，为未来高可靠性固态电池设计提供了新的工程路径。

a多尺度降低无机固态电解质电子导率以抑制电池物理自放电的策略；b-e构建电子电导率低于10⁻¹² S cm^⁻1的界面层能够有效抑制超薄全固态电池中的物理自放电。

该研究首次揭示了无机固态电解质中非零电子电导率导致全固态电池物理自放电的关键机制，突破了传统上仅关注离子传输和界面化学稳定性的研究范式，建立了离子-电子协同调控对全固态电池长期可靠性影响的新认识。该工作提出了评价固态电解质性能的新维度，即不仅需要追求高离子电导率，还必须实现极低电子电导率，从而推动固态电解质设计理念由“快速离子传输”向“离子选择性传输与电子阻隔协同优化”转变。此外，该研究揭示了未来超薄固态电解质膜和高能量密度全固态电池面临的潜在储存风险，并提出了降低电子泄漏、提升长期稳定性的材料与界面设计策略，为全固态电池在电动汽车、大规模储能等领域的实际应用提供了重要理论依据和技术指导。

宁波东方理工大学为论文第一完成单位，孙学良院士、王长虹教授为论文通讯作者，王长虹教授、西安交通大学许荣教授、浙江大学钟宇教授为共同第一作者。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41560-026-02090-x