【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】全固態(tài)金屬鋰電池因高安全性和能量密度雙重優(yōu)勢(shì)潛力，被視為下一代儲(chǔ)能器件突破的重要方向，解決固-固界面動(dòng)態(tài)接觸問(wèn)題是推進(jìn)工程化應(yīng)用的全球共性挑戰(zhàn)。全固態(tài)金屬鋰電池“制造”和“運(yùn)行”分別要經(jīng)歷“高”和“低”兩種壓力，在高壓力下金屬鋰發(fā)生蠕變易引發(fā)電池短路，而低壓力下固-固界面又會(huì)接觸不良，金屬鋰負(fù)極本身的體積效應(yīng)嚴(yán)重，循環(huán)中界面劣化問(wèn)題嚴(yán)重。
中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心清潔能源(E01組)黃學(xué)杰研究員指導(dǎo)博士生張新新開發(fā)拓?fù)鋸?qiáng)化負(fù)極(TFA)實(shí)現(xiàn)寬壓力耐受低體積效應(yīng)金屬鋰負(fù)極。TFA由三維纖維狀Li?B?骨架(模量10-50 GPa)和60%金屬鋰組成，Li?B?骨架形成快速鋰擴(kuò)散路徑，將表面鋰“沉積/剝離”過(guò)程變成沿親鋰骨架的鋰擴(kuò)散輸運(yùn)行為。因此，TFA體積變化率僅為金屬鋰負(fù)極的40%，耐受壓力范圍拓寬至0-50 MPa。TFA對(duì)稱電池臨界電流密度提升至5.8 mA cm-2(約純金屬鋰的3.6倍)。相關(guān)成果以“Topology Fortified Anodes Powered High-Energy All-Solid-State Lithium Batteries”為題發(fā)表于[Advanced Materials,37,2506298 (2025)] 。物理所博士生張新新和副主任工程師俞海龍共同第一作者，黃學(xué)杰研究員為通訊作者，華中科技大學(xué)張恒教授為共同通訊作者。
除此以外，固體電解質(zhì)/負(fù)極間的固-固界面間隙會(huì)引發(fā)鋰枝晶生長(zhǎng)，危害電池循環(huán)與安全。黃學(xué)杰研究員指導(dǎo)博士后岑官駿，改變壓力維系固-固接觸方案，提出"動(dòng)態(tài)自適應(yīng)界面(DAI)"。在硫化物電解質(zhì)(Li?.?PS?I?.?)中預(yù)置可遷移碘離子，在電場(chǎng)下原位形成微米級(jí)LiI層，界面層起始終動(dòng)態(tài)維系界面緊密接觸并兼具離子傳輸能力。聯(lián)合TFA與DAI兩項(xiàng)技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)零外壓全固態(tài)金屬鋰軟包電池穩(wěn)定循環(huán)。以“Adaptive interphase enabled pressure-free all-solid-state lithium metal batteries”為題發(fā)表于[Nature Sustainability(doi.org/10.1038/s41893-025-01649-y)]并被選為Editor's Suggestion(編輯推薦)，物理所博士后岑官駿和副主任工程師俞海龍共同第一作者，肖睿娟研究員完成計(jì)算工作，黃學(xué)杰研究員為通訊作者。美國(guó)馬里蘭大學(xué)王春生教授對(duì)研究工作給予高度評(píng)價(jià)，指出“DAI是解決固-固界面接觸難題的實(shí)用化方案”。該工作是全固態(tài)金屬鋰電池邁向?qū)嵱没年P(guān)鍵一步，也為設(shè)計(jì)下一代鈉、鉀等固態(tài)電池提供了變革性思路。
以上研究工作主要實(shí)驗(yàn)在北京清潔能源材料測(cè)試診斷與研發(fā)平臺(tái)開展，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所姚霞銀研究員和華中科技大學(xué)張恒教授為共同通訊作者，工作獲國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院青促會(huì)等項(xiàng)目資助。
圖 拓?fù)鋸?qiáng)化負(fù)極(TFA)聯(lián)合動(dòng)態(tài)自適應(yīng)界面(DAI)實(shí)現(xiàn)全固態(tài)金屬鋰電池零壓力工作
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