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硫化物固态电池锂传输首次实现原位可视化
从中国科学院青岛生物能源与过程研究所获悉，青岛能源所崔光磊研究员、马君副研究员与天津理工大学李超博士、罗俊教授，中国科学院物理研究所谷林研究员合作，采用原位扫描透射电镜差分相衬成像技术，首次实现了钴酸锂/硫化物电解质界面锂离子传输的可视化研究，并且通过设计制备具有非连续分布钛酸钡（BaTiO3）纳米单晶颗粒的界面结构，证明了一种新型的内建电场和化学势耦合技术改善界面锂传输的可行性，为改善界面锂离子传输和提升电池快充性能提供了新的技术方案。
此外，基于上述研究进展，团队从超分子化学和界面构效关系的角度加深硫化物固态电池的关键科学问题理解，并且为理性设计高能量密度固态锂金属电池和解决其技术瓶颈提供了建设性方案。
（a）原位扫描透射电镜差分相衬成像技术工作原理示意图；（b）钴酸锂/硫化物固态电解质界面锂传输行为的原位扫描透射电镜差分相衬成像结果；（c）内建电场和化学势耦合技术改善界面锂传输机制示意图。
AEM：原位构建蒙脱土-聚合物复合固态电解质，助力无枝晶高稳定固态电池
韩国延世大学 Jong Hyeok Park 和首尔大学 Won Bo Lee 通过一步原位紫外固化的方法，制备了一种紫外交联复合蒙脱土-聚合物固态电解质（U-CPCE），该电解质由耐用的半互穿聚合物网络离子传输矩阵（ETPTA/PVdF-HFP）和二维超薄粘土纳米片组成。借助剥离的粘土纳米片，U-CPCE在室温下表现出高达10?3 S cm?1离子导电率。因此，基于U-CPCE的LiCoO2半电池在0.2 C下表现出152 mAh g?1的初始放电比容量，与传统的液态电解质电池相当。此外，由于显著提高的Li+转移数和锂枝晶的有效抑制，电池显示出优异的循环性能（200圈循环后容量保持率为96%）。相关工作发表在国际知名期刊 Adv. Energy Mater. 上。
U-CPCE的制备示意图
中科院上硅所温兆银：三维交联的LiF-LiCl（CF）修饰层用于全固态电池
中国科学院上海硅酸盐研究所温兆银研究员团队以“A 3D Cross-Linking Lithiophilic and Electronically Insulating Interfacial Engineering for Garnet-Type Solid-State Lithium Batteries”为题，在 Advanced Functional Materials 上发表研究论文，报道了一种兼备亲锂性和电子绝缘性的三维交联的LiF-LiCl（CF）修饰层。该修饰层所具有的特殊结构导致毛细吸收作用，促进锂金属与电解质的润湿，构建出均匀稳固的界面。同时，该修饰层低的电子电导性，抑制了电子穿越界面，从而避免锂枝晶在界面渗透或在内部形成。因此，所组装的固态电池界面阻抗低，极限电流得到显著提升，匹配正极后的全电池显示出良好的循环特性。特别地，该工作还探索了极限电流的测试模式，首次提出了极限面容量的概念。
三维修饰层形成过程和作用的示意图
Chem：全固态电池界面的多尺度成像
近年来，全固态电池（ASSBs）因其高安全性和高能量密度等优点受到广泛关注。其中，固-固界面的电子转移和离子传输对电池性能有着重要作用。然而，固态电池界面研究仍缺乏直接的观察和分析技术，明确的机制尚不明确，这大大限制了固态电池的应用前景。直接观测和分析复杂的固态界面对ASSBs的研究至关重要。鉴于此，哈尔滨工业大学王家钧教授团队在国际顶级化学期刊 Chem 上发表了题为“Multi-scale Imaging of Solid-State Battery Interfaces: From Atomic Scale to Macroscopic Scale”的综述论文。
作者综述了用于理解固态电池界面结构和化学变化的各种新兴成像技术，尤其是每种成像技术如何解决从原子尺度到宏观尺度的多个界面的关键挑战。此外，论文总结了目前这些方法的优势和局限性，提出了最先进的成像表征技术，并强调了通过同步加速器成像的方法追踪界面的动态特性。
先进成像表征技术在固态电池中从原子尺度到宏观的应用
提高聚合物基固态电池循环和应用温度
中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心新型电化学材料与器件团队在聚环氧乙烷基高性能电解质和固态电池方向取得进展，提高全固态聚合物锂电池循环使用次数和稳定性，并实现在室温和低温下（0°C）的优异电化学性能，相关研究成果日前发表在《纳米能源》和《先进功能材料》上。
Chemical Reviews：固态电池中锂负极的物理化学概念
开发高倍率可逆锂金属负极是当前电池研究的中心目标之一。锂金属负极不仅是开发锂-空气或锂-硫电池等创新电池所必需的，而且还可以匹配插入式正极来提高电池的能量密度。固态电解质可以充当机械屏障，避免锂通过电池产生不必要的枝晶生长，其使用更有希望开发出性能良好的锂金属负极。然而，金属锂电沉积的不均匀性和副反应常常阻碍锂金属负极在固态电池中的应用。
德国吉森大学Thorben Krauskopf及Jürgen Janek教授在期刊“Chemical Reviews”上发表题为“Physicochemical Concepts of the Lithium Metal Anode in Solid-State Batteries”的综述性文章，文中评估了固态电池中锂负极的物理化学概念，这些概念描述了控制锂金属负极与无机固体电解质（ISE）结合的基本机制。特别是，对动力学速率限制和形态稳定性的讨论可促进锂金属负极领域的进一步发展。
加州大学孟颖Chem. Rev.综述：无机全固态电池的界面和相间
全固态电池（ASSBs）作为未来安全高能电池的关键技术之一，引起了人们的广泛关注。随着近年来高导电固体电解质的出现，锂离子在电解质内的扩散已不再是瓶颈。然而，许多ASSBs受到库仑效率低、倍率性能差和由于ASSB内界面电阻高而循环寿命短的限制。由于ASSBs中各种固体成分的化学/物理/机械特性以及固-固接触的性质，ASSBs中存在许多类型的界面。这包括松散的物理接触、晶界、化学和电化学反应等等，所有这些都会增加界面电阻。因此，对复杂的界面和相间进行透彻和深入的了解对实现实用的高能量ASSBs至关重要。有鉴于此，加州大学圣地亚哥分校孟颖（Ying Shirley Meng）、Abhik Banerjee 与 Xuefeng Wang 等人介绍了ASSBs中典型界面和相间的独特特征，并总结了有关识别、探索、理解和设计它们的最新工作。相关研究成果以“Interfaces and Interphases in All-Solid-State Batteries with Inorganic Solid Electrolytes”为题，发表在国际顶级期刊 Chem. Rev. 上。
ASSBs中经历的界面现象示意图
孙学良Nano Energy: 原位生长卤化物固体电解质在正极材料表面消除固态电池
加拿大西安大略大学孙学良教授课题组，联合多伦多大学 Chandra Veer Singh 教授首次利用卤化物固态电解质液相合成的优势并借助卤化物与正极材料界面相互作用的特点，在正极材料（LiCoO2）表面原位生长了一层高离子导的Li3InCl6 （LIC）。采用较少的包覆量（15% LIC）即可保证充分的界面固固接触和100%的活性材料利用率，保证了固态电池高能量密度的优势。此外，LIC的离子电导率高达1.5 mS/cm，比传统的正极界面包覆材料（如LiNbO3）的离子导高出2-3数量级，提供了界面快速Li+传输的能力。
此外， LIC@LCO-15 wt% 首次放电比容量高达131.7 mAh/g，首次效率为92.7%。这个复合电极的能量密度高达512Wh/kg。在4C的放电倍率下可以获得的容量为28.5 mAh/g，相应的功率密度为1300 W/kg。卤化物固态电解质的高离子电导率，高负载量的电极（48.7 mg/cm2）实现高面容量（6mAh/cm2 ）。作者还利用原位Raman光谱和同步辐射X射线吸收谱证实了LIC和LCO的界面稳定性。此外，借助第一性原理计算，作者还考察了LIC和LCO界面相互作用在电场下的稳定性，为如何实现全固态电池的长循环稳定性提供了更深刻的见解。这项工作发表在国际知名杂志 Nano Energy 上。王长虹博士和梁剑文博士为本文的共同第一作者。
上海硅酸盐所陶瓷基锂氟转换固态电池研究取得进展
中国科学院上海硅酸盐研究所研究员李驰麟团队在陶瓷基固态电池的界面改性及其锂氟转换反应激活方面取得系列进展。
该团队提出“共晶合金（eutectic alloy）诱导固固对流”模式改性LLZO/Li界面的思路，实现了固固界面在电化学过程中的高度愈合，在此基础上，成功驱动了转换反应型三氟化铁（FeF3）正极在陶瓷基固态电池体系中的高可逆循环。钠元素与锂元素属于同一主族，化学性质相似，并且金属钠质地较软，易于操作，锂-钠共晶合金可以与LLZO形成良好的界面接触。从锂-钠二元相图可以看出，锂和钠几乎可以以任意计量比形成共晶合金，因此无需特意调控锂-钠比例，较文献报道的其他合金改性方法更加简易灵活。由于钠和锂晶域的浓度梯度不同，两者之间易发生固-固对流，可使电解质/负极界面始终保持较稳定的均质合金状态，进而保持紧致的合金-陶瓷界面接触。共晶合金改性后的对称电池可以稳定循环3500小时以上，界面电阻和过电势在60℃时只有18.98 Ω?cm2 和10.8 mV。优异的界面耐久性促进了Li-Na/LLZO/FeF3固态电池的成功运行，其表现出良好的循环和倍率性能，在60℃下的100、150、200、300、400和500 μA?cm-2的电流密度下分别能释放出507.3、422.0、383.4、350.6、297.6和275.1 mAh?g-1的容量，在500 μA?cm-2的容量依然超过传统LiFePO4的理论容量（175 mAh?g-1），展现出转换型FeF3正极材料的优势，也为陶瓷基锂氟转换固态电池的未来应用提供了可能。相关成果发表于ACS Energy Letters。
Li-Na/LLZO/FeF3固态电池构架，共晶合金固-固对流示意图，Li-Na/LLZO/FeF3电池的倍率和循环性能
信息来源：能源学人、中国科学报、中国青年报、上海硅酸盐研究所、中国科学院
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