相比于传统液态锂离子电池，固态锂二次电池具有能量密度大、安全可靠性高、工作温度宽及循环寿命长等诸多优点。另外，固态锂电池还具有结构紧凑、规模可调、设计弹性大等特点。因此，固态锂电池在电动汽车和大容量储能快速发展的背景下被寄予了更高的期望。
固态锂电池中，各种界面对电池性能具有至关重要的影响。目前，电极与固体电解质间的高界面阻抗使得全固态锂离子电池的容量、倍率和循环性能都不理想。
固态电池界面存在的问题
虽然固态电解质引入到全固态锂电池提高了电池的安全性，但是全固态锂电池仍然存在电极体积膨胀、电解质/电极的界面阻抗大、循环稳定性低等问题。尤其是电解质/电极的界面问题成为全固态电池发展的关键问题，这主要体现在物理和化学两方面：
（1）物理接触问题：电解质与电极间维持点接触，这使得电解质和电极之间容易产生裂缝和气孔等缺陷。缺陷的存在限制了锂离子在界面处的传输。同时，锂离子在传输过程中界面处的体积膨胀也对固－固界面的稳定性提出了更高要求；
（2）化学接触问题：电解质和电极间发生副反应，固－固界面稳定性降低，界面阻抗增大，无法实现锂离子的快速迁移等。高可塑性和延展性的固态电解质和电极材料有助于改善电解质－电极的接触条件。低弹性模量和高硬度电解质可抑制电极结构碎化和锂枝晶生长。
固态电池的不同界面与处理方法
固态电解质按其化学组成一般可分为无机固体电解质、聚合物固体电解质和复合固体电解质三大类。当前，固－固界面研究主要集中在石榴石型固态电解质体系和硫化物固态电解质体系。
此外，固态电解质与电极的界面也可细分为固态电解质与正极、固态电解质与负极的界面以及固态电解质内部界面3类。
固态电解质内部界面
在无机固体电解质中，晶粒电阻和晶界电阻共同决定电解质的导电特性。相比晶粒电阻，晶界电阻的大小决定了电解质的整体离子电导率。陶瓷电解质中存在大量晶界，晶界处的缺陷和杂质会显著降低离子传输速率，导致电解质整体离子电导率下降。因此，在陶瓷电解质中如何减少晶界数量、合理修饰与优化晶界、提高致密度，是提高固体电解质离子电导率的有效手段。
从当前的研究中可以总结出以下几条有效处理措施：
（1）适当的掺杂和烧结气氛，有利于优化晶界，减小晶界对电导率的不利影响，从而提高陶瓷电解质致密度和离子电导率；
（2）热压烧结无需添加烧结助剂或成型助剂，由于加热与加压同时进行，有助于颗粒的接触扩散、流动传质过程的进行，可有效降低烧结温度、缩短烧结时间，从而抑制晶粒长大，有利于获得晶粒细小、致密度高的陶瓷片；
（3）将具有高离子电导率的陶瓷电解质粉体分散至高分子聚合物中，形成有机-无机复合固态电解质膜，有利于实现固态锂电池的轻量化和柔性化。高分子聚合物与陶瓷电解质粉体界面处的渗流效应显著影响固态电解质膜的离子电导率。
固态电解质与正极的界面
固态锂电池中固体电解质的使用导致电极与电解质之间的界面由固液界面转变为固固界面。由于固体电解质无润湿性，因此固固界面具有更高的接触电阻。
某些正极材料在循环过程中，容易发生过渡金属元素的析出，降低电池的循环稳定性。同时，电极在充放电过程中由于体积变化而导致的界面应力会增加电极的局部畸变，使电荷转移电阻增加。
因此，如何有效抑制元素互扩散以及电极在充放电过程中的体积变化，是降低界面电阻，提高固态锂电池循环性能和倍率性能的关键。具体有如下方法：
（1）通过引入固体电解质和导电剂，可构筑复合正极中的电子、离子复合导电网络，优化正极内部界面，提高固态锂电池的电化学性能；
（2）采用离子液体对正极和固态电解质膜进行界面润湿的电池在室温即可表现出优异的倍率和循环性能。利用离子液体润湿有利于优化电极和固态电解质界面，增加电极与电解质接触，减小界面电阻，提升电池整体性能；
（3）在活性物质中引入高电导率物质形成复合正极能够有效改善界面的润湿性，降低界面阻抗，但复合正极材料中活性物质所占整个正极质量的比例偏低，不利于全固态电池容量和能量密度的提升；
（4）引入界面层。界面层的引入，本质上改变了原有的正极/电解质界面结构，形成了正极/界面层/电解质的三明治结构，起到两种较好的效果：第一，为正极与电解质界面提供了缓冲区，改善界面的相容性；第二，能够抑制和引导正极、电解质之间的元素互扩散，改善界面层的锂离子扩散速率，降低界面阻抗。
固态电解质与负极的界面
金属Li具有低电极电势和极高的质量比容量，是理想的电池负极材料。在传统锂二次电池中，若直接使用金属Li作为负极材料，电池在循环过程中金属Li会与液态电解质反应而生成SEI膜；电流密度分布不均匀会导致锂枝晶产生，造成金属Li的不可逆消耗，降低库仑效率、增加界面阻抗；随着电池不断地充放电，最终会导致锂枝晶穿透聚合物隔膜，从而引起电池短路，引发电池安全问题。
在固态锂电池中，采用固体电解质作为锂离子传输介质，其较强的力学性能可在循环过程中有效抑制锂枝晶的生长，提高电池安全性。但金属Li还原性强，极易使固体电解质中某些高价金属阳离子得电子而被还原，生成高界面电阻相，降低化学稳定性。另外，不同于固液接触，固体电解质与Li金属形成的界面浸润性差，固固接触会显著提高界面阻抗。
因此，采用合适的手段对Li金属和固体电解质形成的固固界面进行修饰，有利于改善固态锂电池的电化学性能：
（1）在Li金属和固体电解质界面处引入适当厚度的缓冲层，可显著改善固固界面接触、抑制锂枝晶生长、缓冲电池循环过程中材料的体积变化以及保持良好的电接触；
（2）引入LiF层改善电解质与Li金属界面，可有效抑制充放电过程中的副反应。LiF层易于剥离并可移植于各种锂电池，锂离子易于穿过该界面沉积于Li负极，LiF优异的离子传输特性可保证锂离子顺利通过，其引入可有效减少Li金属与电解质的副反应、缓解体积变化，具有稳定Li金属/电解质界面的作用。
（3）除Li金属负极外，硅负极也具有极高的理论比容量，可作为理想的负极材料。基于Si负极的固态电池具有优异的循环性能，循环多次后仍然能保持较高的容量比。因此，在基于LLZTO电解质的固态锂电池中，适当厚度的Si不仅可用作缓冲层改善Li金属与LLZTO的界面接触，也可直接作为固态锂电池的负极材料。
结语
解决固态电池的失效问题，关键在固态电池电极与电解质的固/固界面。在今后研究中，除了寻找合适的固态电解质来优化固/固界面之外，根据正极材料和锂金属各自的特性选择合适的材料进行表面改性也不失为一种好的解决方案。
参考来源
王涛等.固态电池失效分析
李栋等.全固态锂离子电池正极与石榴石型固体电解质界面的研究进展
毕志杰等.固态锂电池界面问题的研究进展
刘思思.二次锂电池锂基负极与电解质界面研究
贺明辉.石榴石型固体电解质的性能优化及其固态电池界面改性研究
池上森.锂/钠电池负极材料及固态电池界面的研究
