全固态金属锂电池固-固界面接触研究获进展

全固态金属锂电池具有高安全性和能量密度双重优势潜力，被视为下一代储能技术的重要发展方向。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，而在低压力下固-固界面会接触不良，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。

中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心研究团队等，开发出拓扑强化负极（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。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至50 MPa。TFA对称电池临界电流密度提升至5.8 mA cm^-2。相关成果发表在《先进材料》（Advanced Materials）上。

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。物理所科研人员等，改变压力维系固-固接触方案，提出“动态自适应界面”（DAI）。团队在硫化物电解质（Li_3.2PS₄I_0.2）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，团队实现零外压全固态金属锂软包电池稳定循环。该工作是全固态金属锂电池迈向实用化的关键一步，为设计下一代钠、钾等固态电池提供了新思路。相关成果作为编辑推荐文章，发表在《自然-可持续发展》（Nature Sustainability）上。

研究工作得到国家自然科学基金和中国科学院相关项目等的支持。

TFA联合DAI实现全固态金属锂电池零压力工作