【复材信息】Nature子刊：开发固态电解质新方法！

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创新成果

快速离子导体是固体锂离子电池的关键材料之一。然而，无机晶体中晶体结构与离子电导和输送机制的内部关系仍然不清楚，这使得寻找和设计具有低转移势头的离子导体成为一个具有挑战性的课题。通过理论分析和实验验证，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心E01课题组系统阐明了独立阳离子在快离子导体中的核心作用，提出了基于结构类型的新型设计范式，为新型固态电解质的研发提供了理论指导和高通量筛选框架。这项研究的结果是“New Fast Ion Conductors Discovered through the Structural Characteristic Involving Isolated Anions"问题发表在npj上 Computational Materials [npj Comput Mater 11, 67 (2025)]中国科学院物理研究所博士生杨其凡为第一作者，中国科学院物理研究所副研究员肖睿娟为通讯作者。

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主要亮点

1、建议将独立阳离子作为一种新型结构。

本文首次提出独立阳离子(不与固定正离子键合，只与锂离子弱相互作用)可作为设计高离子导体的关键结构类型。锂离子迁移的能量景观可以通过独立阳离子的局域环境(如对称、间隔、排列和元素类型)进行调节，形成低能量的笼状传输通道。

2、揭示了独立阳离子引起的“挫败现象”

在晶体结构中，发现独立阳离子通过形成球形光滑的能量表面，造成“挫败现象”（frustration phenomenon）。该机制导致锂离子在多个等效低能位点之间迅速转移，显著降低转移能量，从而提高离子电导率。

3、离子传输对结构参数的定量影响。

区域对称性：独立阳离子周围高点群对称性(如Td对称性)促进笼形通道的形成，提高笼内传输效率。排列间隔:独立阳离子间隔低于临界点(如5.22) Å）在此期间，笼形通道可以通过共享面连接，实现笼间的高效传输。元素类型：不同的独立阳离子(例如Se⊃2;⁻、Cl⁻）笼状通道的分布和连接性受锂离子静电相互作用的影响(通过Ewald能量化)。

4、通过高通量筛选发现新型离子导体。

结合晶体结构数据库（ICSD、Materials Project）分子动力学与第一性原理（AIMD）选择四类包含独立阳离子的模拟。（N⊃3;⁻、Cl⁻、I⁻、S⊃2;⁻）新的快离子导体(例如Li)₇N₅I、Li₅CrCl₆），验证了设计方法的普遍性。

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图文解读

图：a. Li6PS5Cl结构和具有独立阳离子的笼状传输路径；b. 局域结构点群对称对离子传输能力的影响，独立阳离子；c. 独立阳离子之间的距离以及元素类型对离子传递能力的影响；d. 四种类型的离子导体，以独立阳离子为特征进行高通量筛选，每种类型选择一种代表性化合物。

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原题：Nature子刊《复材信息》：研发固态电解质的新方法！

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