中國粉體網(wǎng)訊 基于硫化物固體電解質(zhì)的全固態(tài)鋰電池可以克服當(dāng)前鋰離子電池能量密度低和安全性問題，是最具前景的下一代能量存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)化器件。然而，這類電池的實(shí)際應(yīng)用受限于諸多問題，其中，硫化物固態(tài)電解質(zhì)與電極之間的界面問題尤其突出，限制了其性能。
硫化物全固態(tài)電池的界面問題
由于電極和固態(tài)電解質(zhì)之間的不穩(wěn)定性，硫化物全固態(tài)電池面臨著一系列問題，包括空間電荷層（SCL）、界面副反應(yīng)和機(jī)械不穩(wěn)定性。
空間電荷層
空間電荷層通常形成在氧化物正極|硫化物電解質(zhì)界面，氧化物正極與硫化物固態(tài)電解質(zhì)具有不同的離子濃度和勢(shì)能導(dǎo)致兩者接觸時(shí)鋰離子會(huì)自發(fā)地向正極遷移，而鋰離子在正極側(cè)與電子結(jié)合，使得電解質(zhì)表面的鋰離子持續(xù)向正極側(cè)遷移，從而形成空間電荷層，顯著增加了Li+擴(kuò)散的活化能和界面阻抗，阻礙了Li+在界面上的擴(kuò)散和遷移。
界面副反應(yīng)
由于硫化物固態(tài)電解質(zhì)電化學(xué)窗口較窄，容易在正極界面被氧化，在負(fù)極界面被還原，生成離子電導(dǎo)率低的中間層，增加界面阻抗，并產(chǎn)生SO2等氣體。此外，在負(fù)極側(cè)形成具有混合離子和電子導(dǎo)電性的界面時(shí)，會(huì)在循環(huán)過程中使SE持續(xù)分解，導(dǎo)致電池容量和功率性能快速退化。
機(jī)械不穩(wěn)定性
由于硫化物電解質(zhì)的剛性，不可避免地發(fā)生活性材料和電解質(zhì)界面接觸失效，失效處局部電流密度較高，引起較大的局部應(yīng)變，導(dǎo)致接觸失效的擴(kuò)散。
硫化物固態(tài)電解質(zhì)中正/負(fù)極的界面問題的示意圖
硫化物全固態(tài)電池的界面改性
正極側(cè)的主要解決方案為界面包覆。理想的包覆層應(yīng)與正極和電解質(zhì)具有化學(xué)、電化學(xué)穩(wěn)定性，離子導(dǎo)電且電子絕緣，機(jī)械穩(wěn)定性，且能實(shí)現(xiàn)薄且均勻的包覆。
對(duì)于負(fù)極側(cè)，界面緩沖層是抑制界面副反應(yīng)的主要措施。此外，尋找合適的電極材料和電解質(zhì)也是有效的方案。然而，目前負(fù)極側(cè)界面副反應(yīng)的研究大多集中在鋰金屬負(fù)極，Li嵌入式或合金負(fù)極（如石墨和Si基負(fù)極）中界面副反應(yīng)的研究相對(duì)較少，相關(guān)的解決方案有待進(jìn)一步深入研究。
針對(duì)固態(tài)電池相關(guān)的技術(shù)、材料、市場(chǎng)及產(chǎn)業(yè)等方面的問題，中國粉體網(wǎng)將于2025年3月18-19日在安徽·蚌埠舉辦2025全固態(tài)電池技術(shù)交流大會(huì)暨第一屆干法電極技術(shù)研討會(huì)。為致力于固態(tài)電池技術(shù)開發(fā)的企業(yè)，科研院校，以及新能源汽車、儲(chǔ)能、消費(fèi)電子等終端企業(yè)提供信息交流的平臺(tái)，開展產(chǎn)、學(xué)、研合作，助推固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。屆時(shí)，來自哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）的李德平副教授將作題為《硫化物全固態(tài)電池界面改性研究》的報(bào)告。
目前，全固態(tài)電池已成為高能量密度電化學(xué)儲(chǔ)能器件最具前景的選擇之一。然而，全固態(tài)電池中的固-固界面接觸差、界面副反應(yīng)嚴(yán)重以及動(dòng)力學(xué)遲滯等問題嚴(yán)重阻礙其進(jìn)一步發(fā)展。本報(bào)告將介紹硫化物全固態(tài)電池的界面問題來源及改性思路，重點(diǎn)關(guān)注高比容量硅基負(fù)極材料和高電位富鋰錳/高鎳正極材料，具體內(nèi)容包括：1）通過在硅基負(fù)極材料表面構(gòu)筑Li-Al-O快離子導(dǎo)體，提升其在硫化物全固態(tài)電池中的界面穩(wěn)定性及離子輸運(yùn)動(dòng)力學(xué)；2）通過在高鎳/富鋰錳正極材料表面進(jìn)行“快離子導(dǎo)體表面包覆+近表面體相摻雜”協(xié)同優(yōu)化改性，有效解決高電壓正極在全固態(tài)體系中的動(dòng)力學(xué)遲緩問題和界面副反應(yīng)問題。上述研究成果為闡明全固態(tài)電池失效機(jī)制和探索優(yōu)化改性策略提供了可借鑒思路。
專家簡(jiǎn)介：
李德平，山東淄博人，哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）副教授、博士生導(dǎo)師，入選哈工大“青年拔尖人才選聘計(jì)劃”，深圳市高層次人才，哈工大（深圳）-美尼固態(tài)電池聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室副主任，主要從事新型二次電池關(guān)鍵材料研制與器件開發(fā)。迄今以第一/通訊作者身份發(fā)表SCI論文50余篇，累計(jì)引用4000余次（h-index=35），發(fā)表于Chemical Society Reviews(1)、Energy & Environmental Science(2)、Advanced Materials(1)、Advanced Energy Materials(3)、Advanced Functional Materials(2)、Energy Storage Materials(4)、Science Bulletin(2)、 eScience (1)等期刊。已申請(qǐng)國家發(fā)明專利30余項(xiàng)。擔(dān)任《Advanced Powder Materials》(IF=28.6) 特聘編委，《eScience》(IF=42.9)、《Rare Metals》(IF=9.6)、Carbon Neutralization》(ESCI收錄)等科技期刊青年編委。
參考來源：
1.eTran交通電動(dòng)化《歐陽明高院士團(tuán)隊(duì)|硫化物全固態(tài)電池的挑戰(zhàn)和機(jī)遇：材料、界面、電極、電芯與規(guī)模制造》
2.張欣怡《硫化物電解質(zhì)界面改性及全固態(tài)電池性能研究》
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/喬木）
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