全固態金屬鋰電池固-固界面接觸難題解決

全固態金屬鋰電池界面接觸研究迎來重要進展。中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心黃學傑研究員團隊，聯合華中科技大學張恆教授團隊、中國科學院寧波材料技術與工程研究所姚霞銀研究員團隊，開發出一種陰離子調控技術，能夠在電極和電解質之間形成一層全新的界面。這層界面可以吸引鋰離子主動流動，像“流沙”一樣自動填充微小的縫隙或孔洞，實現自適應的緊密貼合，一舉突破了全固態電池走向實用的最大瓶頸。從此，界面接觸不再依賴外部加壓。相關研究成果7日發表於《自然·可持續發展》雜誌以及《先進材料》雜誌。

全固態金屬鋰電池被譽為下一代儲能技術的“聖盃”，備受矚目。但它一直面臨一個棘手難題：固態電解質和金屬鋰電極之間必須保持緊密接觸，傳統做法要靠笨重的外部設備持續施壓，導致電池又大又重，難以投入實際應用。

在這項研究中，研究團隊發現，全固態金屬鋰電池中，鋰電極和電解質之間的接觸並不理想，存在大量微小的孔隙和裂縫。這些問題不僅會縮短電池壽命，還可能帶來安全隱患。

為了解決這一難題，研究團隊開發出一種新技術：他們在硫化物電解質中引入了碘離子。在電池工作時，這些碘離子會在電場作用下移動至電極界面，形成一層富碘界面。這層界面能夠主動吸引鋰離子，像“自我修復”一樣自動填充進所有的縫隙和孔洞，從而讓電極和電解質始終保持緊密貼合。

更重要的是，基於該技術製備出的原型電池，在標準測試條件下循環充放電數百次後，性能依然穩定優異，遠遠超過現有同類電池的水平。

研究人員表示，這種新設計的優勢非常明顯：它不僅製造更簡單、用料更省，還能讓電池更耐用。他們特別強調，採用這項技術未來可以做出能量密度超過 500瓦時/千克 的電池，這樣一來，電子設備的續航時間有望提升兩倍以上。

美國馬里蘭大學固態電池專家王春生教授在評價發表於《自然·可持續發展》的這項成果時表示，“該研究從本質上解決了制約全固態電池商業化的關鍵瓶頸問題，為實現其實用化邁出了決定性一步。”“傳統技術需要施加超過5 MPa（相當於50個大氣壓）的外力來維持界面穩定，這種嚴苛條件嚴重阻礙了其產業化進程。而這項中國團隊開發的創新技術，從根本上改變了這一困境。”

據悉，這項突破將加速高能量密度全固態金屬鋰電池的發展，未來有望在人形機器人、電動航空、電動汽車等領域大顯身手，帶來更安全、更高效的能源解決方案。

（物理所供圖）