KAIST新材料工程系教授 Seo Dong-hwa 团队7日宣布，开发出一种利用低成本原料提升固态电解质性能的新设计方法，可将相关性能提高至原有水平的2至4倍。

全固态电池以固态电解质替代液态电解质，有助于降低起火和爆炸风险。不过，要实现锂离子在固体中的快速传导，通常需要使用价格较高的金属材料，或依赖复杂的制造工艺。为解决这一问题，研究团队将研究重点放在氧（O²⁻）、硫（S²⁻）等二价阴离子上，认为这类阴离子可嵌入电解质晶体骨架并改变其结构特征。

基于这一思路，研究团队在低成本锆（Zr）基卤化物电解质中引入二价阴离子，并提出“框架调控”设计机制。其核心在于重塑电解质内部结构，拓宽锂离子迁移通道，同时降低迁移能垒，从而提升整体离子传导性能。

在研究过程中，团队结合超高分辨率X射线散射、配对分布函数（PDF）分析、X射线吸收光谱（XAS），以及基于密度泛函理论（DFT）的电子结构和扩散模拟等手段，对材料结构与传导机制进行了系统分析。研究结果显示，引入氧或硫后，电解质的锂离子传导性能较既有锆基电解质提升2至4倍，同时在采用低成本材料的前提下，达到全固态电池实用化所需的性能水平。

测试结果显示，引入氧（O²⁻）的电解质室温离子电导率约为1.78 mS/cm，引入硫（S²⁻）的电解质约为1.01 mS/cm。室温离子电导率是衡量锂离子在电解质中传导能力的重要指标，数值越高通常意味着电池性能越优。一般而言，室温离子电导率达到1 mS/cm以上，即被视为具备实际应用潜力。

Seo Dong-hwa 表示，这项研究提出了一种即便采用低成本原料，也能兼顾全固态电池成本与性能的设计原理，具有较大的产业化应用潜力。第一作者 Kim Jae-seung 表示，该研究不仅回答了“该用什么材料”的问题，也进一步提出了“应如何设计”的研发方向。

KAIST方面表示，后续这一方法还有望扩展至更广泛的固态电解质材料体系，进一步拓宽产业化应用空间。

据介绍，该研究由KAIST研究员 Kim Jae-seung 与 Dongguk University研究员 Han Da-seul 共同担任第一作者，并由Seoul National University教授 Jung Sung-kyun、Yonsei University教授 Jung Yoon-seok、Dongguk University教授 Nam Kyung-wan 等团队联合完成。相关论文已于2025年11月27日发表在国际学术期刊《Nature Communications》上。研究还获得 Samsung Electronics 未来技术培育中心、韩国研究财团和国家超级计算中心的支持。