Small Methods:全固态锂金属电池负极-电解质界面问题的设计原则

随着锂金属电池新型电解液和先进分离系统的发展,固态电解质因其具有较高的安全性能和极高的机械强度在新一代高安全高能量密度锂金属电池研究中展现惊人潜力,并受到了科研工作者的广泛关注。目前,固态电解质离子导率已接近液态电解质,然而,大多数固态电解质与锂金属热力学不稳定,接触时可自发进行化学反应。不完美的锂金属负极-固态电解质界面是限制固态电池电化学性能和实际应用的最大障碍。因此,充分理解锂金属负极-固态电解质界面问题存在原因和解决策略角度是促进固态电解质应用的重要前提之一。

图1 全固态锂金属电池负极-电解质界面存在的主要问题及应对策略

图2全固态锂金属电池负极-电解质界面的研究热点和设计原则

近期,浙江大学化工学院陆盈盈课题组围绕全固态锂金属电池负极-电解质界面发表题为《Design Principles of the Anode–Electrolyte Interface for All-Solid-State Lithium Metal Batteries》的综述论文。文章详细分析了负极-电解质界面的主要存在问题,包括化学/电化学兼容性差,界面离子传导不良和由不均匀应力分布导致的机械不稳定。总结了近年来主要应对策略,对应上述主要问题归结为人工SEI,界面阻抗的减小和3D负极结构的设计三个方面,并且客观提出各类方法的优缺点。提出了全固态锂金属电池负极-电解质界面的设计原则,展望先进的表征技术和量产技术,进一步推动全固态锂金属电池的研究和发展。今后,科学家和工程师仍然需要在离子电导率、界面兼容性、界面阻抗、机械强度等方面努力开发出具有商业竞争力的高安全高能全固态锂金属电池。

相关成果以“Design Principles of the Anode–Electrolyte Interface for All Solid‐State Lithium Metal Batteries”为题,发表在Small Methods (DOI:10.1002/smtd.201900592) 上,浙江大学研究生沈泽宇、张魏栋与上汽集团朱冠楠为该论文共同第一作者,通讯作者为浙江大学陆盈盈。