【儀表網 研發(fā)快訊】全固態(tài)金屬鋰電池因高安全性和能量密度雙重優(yōu)勢潛力，被視為下一代儲能器件突破的重要方向，解決固-固界面動態(tài)接觸問題是推進工程化應用的全球共性挑戰(zhàn)。全固態(tài)金屬鋰電池“制造”和“運行”分別要經歷“高”和“低”兩種壓力，在高壓力下金屬鋰發(fā)生蠕變易引發(fā)電池短路，而低壓力下固-固界面又會接觸不良，金屬鋰負極本身的體積效應嚴重，循環(huán)中界面劣化問題嚴重。
 

　　中國科學院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心清潔能源(E01組)黃學杰研究員指導博士生張新新開發(fā)拓撲強化負極(TFA)實現(xiàn)寬壓力耐受低體積效應金屬鋰負極。TFA由三維纖維狀Li?B?骨架(模量10-50 GPa)和60%金屬鋰組成，Li?B?骨架形成快速鋰擴散路徑，將表面鋰“沉積/剝離”過程變成沿親鋰骨架的鋰擴散輸運行為。因此，TFA體積變化率僅為金屬鋰負極的40%，耐受壓力范圍拓寬至0-50 MPa。TFA對稱電池臨界電流密度提升至5.8 mA cm-2(約純金屬鋰的3.6倍)。相關成果以“Topology Fortified Anodes Powered High-Energy All-Solid-State Lithium Batteries”為題發(fā)表于[Advanced Materials,37,2506298 (2025)] 。物理所博士生張新新和副主任工程師俞海龍共同第一作者，黃學杰研究員為通訊作者，華中科技大學張恒教授為共同通訊作者。
 

　　除此以外，固體電解質/負極間的固-固界面間隙會引發(fā)鋰枝晶生長，危害電池循環(huán)與安全。黃學杰研究員指導博士后岑官駿，改變壓力維系固-固接觸方案，提出"動態(tài)自適應界面(DAI)"。在硫化物電解質(Li?.?PS?I?.?)中預置可遷移碘離子，在電場下原位形成微米級LiI層，界面層起始終動態(tài)維系界面緊密接觸并兼具離子傳輸能力。聯(lián)合TFA與DAI兩項技術，首次實現(xiàn)零外壓全固態(tài)金屬鋰軟包電池穩(wěn)定循環(huán)。以“Adaptive interphase enabled pressure-free all-solid-state lithium metal batteries”為題發(fā)表于[Nature Sustainability(doi.org/10.1038/s41893-025-01649-y)]并被選為Editor's Suggestion(編輯推薦)，物理所博士后岑官駿和副主任工程師俞海龍共同第一作者，肖睿娟研究員完成計算工作，黃學杰研究員為通訊作者。美國馬里蘭大學王春生教授對研究工作給予高度評價，指出“DAI是解決固-固界面接觸難題的實用化方案”。該工作是全固態(tài)金屬鋰電池邁向實用化的關鍵一步，也為設計下一代鈉、鉀等固態(tài)電池提供了變革性思路。
 

　　以上研究工作主要實驗在北京清潔能源材料測試診斷與研發(fā)平臺開展，中國科學院寧波材料技術與工程研究所姚霞銀研究員和華中科技大學張恒教授為共同通訊作者，工作獲國家自然科學基金、中國科學院青促會等項目資助。
 

　　圖 拓撲強化負極(TFA)聯(lián)合動態(tài)自適應界面(DAI)實現(xiàn)全固態(tài)金屬鋰電池零壓力工作