【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】固態(tài)鋰電池因其潛在的高能量密度和高安全性，已成為當(dāng)前電池研究和產(chǎn)業(yè)化的熱點(diǎn)。固態(tài)鋰電池與液態(tài)鋰離子電池的主要差別是用固態(tài)電解質(zhì)代替了液態(tài)電解質(zhì)，從而產(chǎn)生了其特有的許多類型的固態(tài)-固態(tài)界面。相比于液態(tài)電解質(zhì)，固態(tài)電解質(zhì)不具有流動(dòng)性，因此難以滲透到整個(gè)電極和隔膜的界面中，導(dǎo)致一系列固-固界面接觸不好導(dǎo)致的問(wèn)題，例如離子/電子在界面處傳輸緩慢影響充放電速率、異質(zhì)界面剛性接觸使得電化學(xué)循環(huán)過(guò)程體積膨脹/縮小不一致引發(fā)局部應(yīng)力產(chǎn)生裂縫影響了電池穩(wěn)定性、在電極/電解質(zhì)界面處不理想的電子傳輸會(huì)誘發(fā)化學(xué)副反應(yīng)形成鈍化的中間相導(dǎo)致高界面電阻、界面不均勻和局部電流密度梯度導(dǎo)致鋰枝晶生長(zhǎng)引發(fā)電池短路?？傊?，各種各樣的界面問(wèn)題嚴(yán)重阻礙了固態(tài)鋰電池的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化(如圖1所示)。由于固態(tài)鋰離子電池中的界面涉及復(fù)雜的載流子(即鋰離子和電子)傳輸機(jī)制，深入了解和調(diào)控界面結(jié)構(gòu)對(duì)于載流子傳輸?shù)挠绊憣?duì)于進(jìn)一步提升固態(tài)鋰離子電池性能至關(guān)重要。
 

圖1 固態(tài)鋰電池各種界面以及面臨的問(wèn)題
 

　　北京大學(xué)深圳研究生院新材料學(xué)院潘鋒/楊盧奕團(tuán)隊(duì)基于過(guò)去5年對(duì)固態(tài)鋰離子電池界面結(jié)構(gòu)和性能的調(diào)控研究取得了系統(tǒng)性的研究進(jìn)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(duì)此進(jìn)行總結(jié)與展望，以 “Tailoring Interfacial Structures to Regulate Carrier Transport in Solid-State Batteries”(調(diào)整界面結(jié)構(gòu)以調(diào)控固態(tài)電池中的載流子傳輸)”為題，發(fā)表于國(guó)際知名的新材料新能源期刊《先進(jìn)材料》(Advanced Materials，DOI: 10.1002/adma.202407923，影響因子29.4)上。
 

圖2 固態(tài)鋰離子的優(yōu)化策略和設(shè)計(jì)原則
 

　　這篇文章對(duì)固態(tài)鋰電池界面進(jìn)行了跨尺度分析，將界面分為內(nèi)部界面(電極和固態(tài)電解質(zhì)材料內(nèi)部的界面)和異質(zhì)界面(電極與固態(tài)電解質(zhì)之間的界面)。基于各界面處的載流子傳輸問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)地研究和總結(jié)了有效的界面改性策略，并詳細(xì)研究了固態(tài)鋰電池在循環(huán)過(guò)程中的物理化學(xué)過(guò)程和界面相互作用機(jī)理。此外，文章總結(jié)了固態(tài)鋰離子電池的優(yōu)化策略和設(shè)計(jì)原則(圖2)，旨在實(shí)現(xiàn)具有彈性的可逆的載流子傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)：(1)增強(qiáng)各組分(如活性材料顆粒、電子導(dǎo)電劑和固態(tài)電解質(zhì))之間的多點(diǎn)的彈性的物理接觸；(2)在多尺度固-固界面之間建立多點(diǎn)的化學(xué)錨定增加電化學(xué)過(guò)程的可逆性；(3)調(diào)控和增強(qiáng)載流子傳輸網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，文章針對(duì)產(chǎn)業(yè)中面臨的厚電極設(shè)計(jì)、制造技術(shù)和界面優(yōu)化/表征等問(wèn)題提出了解決方案，為固態(tài)鋰電池的未來(lái)發(fā)展提供了基礎(chǔ)指導(dǎo)。
 

　　北京大學(xué)深圳研究生院新材料學(xué)院新材料學(xué)院碩士生鄧志康和博士生陳詩(shī)名為文章共同第一作者，英國(guó)薩里大學(xué)楊凱、江蘇大學(xué)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、廣東省自然科學(xué)基金和深圳市科技創(chuàng)新委員會(huì)基礎(chǔ)研究項(xiàng)目的支持。
 

　　原標(biāo)題：深研院新材料學(xué)院潘鋒/楊盧奕團(tuán)隊(duì)在調(diào)控固態(tài)鋰電池界面結(jié)構(gòu)與性能研究方面取得系統(tǒng)性進(jìn)展