【儀表網 研發快訊】固態鋰電池因其潛在的高能量密度和高安全性，已成為當前電池研究和產業化的熱點。固態鋰電池與液態鋰離子電池的主要差別是用固態電解質代替了液態電解質，從而產生了其特有的許多類型的固態-固態界面。相比于液態電解質，固態電解質不具有流動性，因此難以滲透到整個電極和隔膜的界面中，導致一系列固-固界面接觸不好導致的問題，例如離子/電子在界面處傳輸緩慢影響充放電速率、異質界面剛性接觸使得電化學循環過程體積膨脹/縮小不一致引發局部應力產生裂縫影響了電池穩定性、在電極/電解質界面處不理想的電子傳輸會誘發化學副反應形成鈍化的中間相導致高界面電阻、界面不均勻和局部電流密度梯度導致鋰枝晶生長引發電池短路。總之，各種各樣的界面問題嚴重阻礙了固態鋰電池的大規模產業化(如圖1所示)。由于固態鋰離子電池中的界面涉及復雜的載流子(即鋰離子和電子)傳輸機制，深入了解和調控界面結構對于載流子傳輸的影響對于進一步提升固態鋰離子電池性能至關重要。
 

圖1 固態鋰電池各種界面以及面臨的問題
 

　　北京大學深圳研究生院新材料學院潘鋒/楊盧奕團隊基于過去5年對固態鋰離子電池界面結構和性能的調控研究取得了系統性的研究進展 (Adv. Mater. 2018, 30, 1704436; Nano Energy 2019, 62, 844; Adv. Energy Mater. 2019, 9, 1900671; J. Mater. Chem. A 2020, 8, 342; Small 2020, 16, 1906374; Mater. Today 2021, 49, 145; Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2104830; Nano Energy 2021, 79, 105407; Nano-Micro Lett. 2022, 14, 191; Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2210845; Adv. Energy Mater. 2024, 14, 2303422; Nano Energy 2024, 125, 109617; J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 18535) ，對此進行總結與展望，以 “Tailoring Interfacial Structures to Regulate Carrier Transport in Solid-State Batteries”(調整界面結構以調控固態電池中的載流子傳輸)”為題，發表于國際知名的新材料新能源期刊《先進材料》(Advanced Materials，DOI: 10.1002/adma.202407923，影響因子29.4)上。
 

圖2 固態鋰離子的優化策略和設計原則
 

　　這篇文章對固態鋰電池界面進行了跨尺度分析，將界面分為內部界面(電極和固態電解質材料內部的界面)和異質界面(電極與固態電解質之間的界面)。基于各界面處的載流子傳輸問題，團隊系統地研究和總結了有效的界面改性策略，并詳細研究了固態鋰電池在循環過程中的物理化學過程和界面相互作用機理。此外，文章總結了固態鋰離子電池的優化策略和設計原則(圖2)，旨在實現具有彈性的可逆的載流子傳導網絡：(1)增強各組分(如活性材料顆粒、電子導電劑和固態電解質)之間的多點的彈性的物理接觸；(2)在多尺度固-固界面之間建立多點的化學錨定增加電化學過程的可逆性；(3)調控和增強載流子傳輸網絡。同時，文章針對產業中面臨的厚電極設計、制造技術和界面優化/表征等問題提出了解決方案，為固態鋰電池的未來發展提供了基礎指導。
 

　　北京大學深圳研究生院新材料學院新材料學院碩士生鄧志康和博士生陳詩名為文章共同第一作者，英國薩里大學楊凱、江蘇大學宋永利，以及楊盧奕和潘鋒為文章的共同通訊作者。該研究得到廣東省重點實驗室、廣東省自然科學基金和深圳市科技創新委員會基礎研究項目的支持。
 

　　原標題：深研院新材料學院潘鋒/楊盧奕團隊在調控固態鋰電池界面結構與性能研究方面取得系統性進展