中国粉体网讯 10月8日，中国科学院物理研究所发布消息称，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心清洁能源（E01组）黄学杰研究员课题组全固态金属锂电池固-固界面接触研究取得新进展。
全固态金属锂电池因高安全性和能量密度双重优势潜力，被视为下一代储能器件突破的重要方向，解决固-固界面动态接触问题是推进工程化应用的全球共性挑战。全固态金属锂电池“制造”和“运行”分别要经历“高”和“低”两种压力，在高压力下金属锂发生蠕变易引发电池短路，而低压力下固-固界面又会接触不良，金属锂负极本身的体积效应严重，循环中界面劣化问题严重。
黄学杰研究员指导博士生张新新开发拓扑强化负极（TFA）实现宽压力耐受低体积效应金属锂负极。TFA由三维纤维状Li5B4骨架（模量10-50GPa）和60%金属锂组成，Li5B4骨架形成快速锂扩散路径，将表面锂“沉积/剥离”过程变成沿亲锂骨架的锂扩散输运行为。因此，TFA体积变化率仅为金属锂负极的40%，耐受压力范围拓宽至0-50MPa。TFA对称电池临界电流密度提升至5.8 mA cm-2（约纯金属锂的3.6倍）。
相关成果以“Topology Fortified Anodes Powered High-Energy All-Solid-State Lithium Batteries”为题发表于Advanced Materials。物理所博士生张新新和副主任工程师俞海龙共同第一作者，黄学杰研究员为通讯作者，华中科技大学张恒教授为共同通讯作者。
固体电解质/负极间的固-固界面间隙会引发锂枝晶生长，危害电池循环与安全。黄学杰研究员指导博士后岑官骏，改变压力维系固-固接触方案，提出“动态自适应界面（DAI）”。在硫化物电解质（Li3.2PS4I0.2）中预置可迁移碘离子，在电场下原位形成微米级LiI层，界面层起始终动态维系界面紧密接触并兼具离子传输能力。联合TFA与DAI两项技术，首次实现零外压全固态金属锂软包电池稳定循环。
相关成果以“Adaptive interphase enabled pressure-free all-solid-state lithium metal batteries”为题发表于Nature Sustainability，并被选为Editor’s Suggestion（编辑推荐），物理所博士后岑官骏和副主任工程师俞海龙共同第一作者，肖睿娟研究员完成计算工作，黄学杰研究员为通讯作者。美国马里兰大学王春生教授对研究工作给予高度评价，指出“DAI是解决固-固界面接触难题的实用化方案”。该工作是全固态金属锂电池迈向实用化的关键一步，也为设计下一代钠、钾等固态电池提供了变革性思路。
拓扑强化负极（TFA）联合动态自适应界面（DAI）实现全固态金属锂电池零压力工作
针对本项研究成果是否彻底解决了固态电池固-固界面接触难题、何时实现量产、是否增加成本、长期电化学稳定性如何等问题，研究团队一一回应称：
本项研究解决了全固态金属锂电池负极侧界面的固-固接触难题，对解决正极/电解质固-固接触问题同样具有启发作用。
本项研究成果已获得中国发明专利授权，正在申请国际专利，从实验室到量产的困难集中在工艺和装备研发方面，预计还需要3至5年时间努力。
新技术采用引入碘离子的方法，不会增加全固态金属锂电池成本。此外，富碘与金属锂化学稳定性好，对全固态金属锂安全性提升有利。
研究团队表示，本项研究开发的新技术优势非常明显：不仅制造更简单、用料更省，还能让电池更耐用。他们特别强调，采用这项新技术未来可以做出能量密度超过500瓦时/千克的电池，如此一来，电子设备的续航时间有望提升至少两倍以上。同时，这项突破将加速高能量密度全固态金属锂电池的发展，未来有望在人形机器人、电动航空、电动汽车等领域大显身手，带来更安全、更高效的能源解决方案。
信息来源：中国科学院物理研究所、中国新闻网
（中国粉体网编辑整理/苏简）
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