全固态金属锂电池固-固界面接触难题解决

全固态金属锂电池界面接触研究迎来重要进展。中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心黄学杰研究员团队，联合华中科技大学张恒教授团队、中国科学院宁波材料技术与工程研究所姚霞银研究员团队，开发出一种阴离子调控技术，能够在电极和电解质之间形成一层全新的界面。这层界面可以吸引锂离子主动流动，像“流沙”一样自动填充微小的缝隙或孔洞，实现自适应的紧密贴合，一举突破了全固态电池走向实用的最大瓶颈。从此，界面接触不再依赖外部加压。相关研究成果7日发表于《自然·可持续发展》杂志以及《先进材料》杂志。

全固态金属锂电池被誉为下一代储能技术的“圣杯”，备受瞩目。但它一直面临一个棘手难题：固态电解质和金属锂电极之间必须保持紧密接触，传统做法要靠笨重的外部设备持续施压，导致电池又大又重，难以投入实际应用。

在这项研究中，研究团队发现，全固态金属锂电池中，锂电极和电解质之间的接触并不理想，存在大量微小的孔隙和裂缝。这些问题不仅会缩短电池寿命，还可能带来安全隐患。

为了解决这一难题，研究团队开发出一种新技术：他们在硫化物电解质中引入了碘离子。在电池工作时，这些碘离子会在电场作用下移动至电极界面，形成一层富碘界面。这层界面能够主动吸引锂离子，像“自我修复”一样自动填充进所有的缝隙和孔洞，从而让电极和电解质始终保持紧密贴合。

更重要的是，基于该技术制备出的原型电池，在标准测试条件下循环充放电数百次后，性能依然稳定优异，远远超过现有同类电池的水平。

研究人员表示，这种新设计的优势非常明显：它不仅制造更简单、用料更省，还能让电池更耐用。他们特别强调，采用这项技术未来可以做出能量密度超过 500瓦时/千克 的电池，这样一来，电子设备的续航时间有望提升两倍以上。

美国马里兰大学固态电池专家王春生教授在评价发表于《自然·可持续发展》的这项成果时表示，“该研究从本质上解决了制约全固态电池商业化的关键瓶颈问题，为实现其实用化迈出了决定性一步。”“传统技术需要施加超过5 MPa（相当于50个大气压）的外力来维持界面稳定，这种严苛条件严重阻碍了其产业化进程。而这项中国团队开发的创新技术，从根本上改变了这一困境。”

据悉，这项突破将加速高能量密度全固态金属锂电池的发展，未来有望在人形机器人、电动航空、电动汽车等领域大显身手，带来更安全、更高效的能源解决方案。

（物理所供图）