【综述】固态电解质与锂金属负极界面

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由于产业界对能量密度的追求，锂金属负极因其高容量与低电位受到学界广泛关注。无机固态电解质具有热稳定性高、机械强度大等优势被认为是下一代锂金属负极最合适之电解质之一。传统认识中固态电解质机械强度高，化学稳定性强。然而今年来研究发现无机固态电解质与锂金属负极仍存在枝晶与界面副反应等问题。近期，利用各类材料提升固态锂金属电池稳定性成为热门方向。

台湾大学化学系刘如熹教授与台湾师范大学胡淑芬教授课题组长期致力于固态电池界面研究。鉴于上述问题，近日该团队综述固态电解质与锂金属负极界面，文章从界面问题、界面修饰材料与界面修饰工艺三个维度总结了关于固态锂金属电池负极界面研究的成果。枝晶与界面副反应为固态锂金属电池负极界面的主要问题。为应对界面副反应与枝晶，其中聚合物（polymers）、合金（alloys）、无机化合物（inorganic compounds）与复合负极（composite anode）等材料被相继应用于固态金属电池负极界面。文章中总结了各类材料之优势与应该用范围。通常，低电子电导率之聚合物、无机化合物被用于抑制界面副反应。而可提升锂金属润湿性的合金和复合负极被用于抑制枝晶产生。

文章认为固态电池有望于近年实现实际应用，而界面修饰工艺也应面向大规模生产而设计。现有工艺如磁控溅射（RF-sputter）、原子层沉积（ALD）、气相沉积（vapor deposition）、电镀（electrochemical plating）等被广泛应用于合金与无机化合物界面层的生长。旋涂（spin coating）与溶剂蒸发法（tape casting）常被用于聚合物界面的合成。以上讨论的镀膜技术存在设备投资大和难以放大等问题，而现有聚合物加工技术需要蒸发大量有机溶剂。故此，以上技术难以应用于大规模生产。作者认为，未来界面修饰材料之发展主要有两个方向，一是绿色原位聚合高分子层，二是含三维结构（3D host structure）的复合负极。原位聚合技术可以降低溶剂的使用量，而复合负极可以利用三维结构与锂金属共热制备，工艺简单，利于放大。

这一成果近期发表在ACS Appl. Mater. Interfaces，通讯作者为台湾大学化学系刘如熹教授与台湾师范大学胡淑芬教授。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Interface Between Solid-State Electrolytes and Li-Metal Anodes: Issues, Materials, and Processing Routes

Zizheng Tong, Shu-Bo Wang, Yu-Kai Liao, Shu-Fen Hu, Ru-Shi Liu

ACS Appl. Mater. Interfaces, 2020, 12, 47181−47196, DOI: 10.1021/acsami.0c13591

导师介绍

刘如熹

https://www.x-mol.com/university/faculty/62341

http://www.ch.ntu.edu.tw/faculty_en/rsliu-e.html

胡淑芬

http://www2.phy.ntnu.edu.tw/members/bio.php?PID=37

繁體中文版本

由于产业界对能量密度之追求，锂金属负极由于其高容量与低电位受到学界广泛关注。无机固态电解质具有热稳定性高，器械强度大等优势被认为是下一代锂金属负极最合适之电解质之一。传统认识中固态电解质机械强度高，化学稳定性强。然而今年来研究发现无机固态电解质与锂金属负极仍存在枝晶与界面副反应等问题。近期，利用各类材料提升固态锂金属电池稳定性成为一门显学。

台湾大学化学系刘如熹教授与台湾师范大学胡淑芬教授课题组长期致力于固态电池界面研究。鉴于上述问题，近日，该团队综述固态电解质与锂金属负极界面，文章从界面问题、界面修饰材料与界面修饰工艺三个维度总结了关于固态锂金属电池负极界面研究的成果。枝晶与界面副反应为固态锂金属电池负极界面之主要问题。为应对界面副反应与枝晶，其中聚合物（polymers）、合金（alloys）、无机化合物（inorganic compounds）与复合负极（composite anode）等材料被相继应用于固态金属电池负极界面。文章中总结了各类材料之优势与应该用范围。通常，低电子电导率之聚合物、无机化合物被用于抑制界面副反应。而可提升锂金属润湿性的合金和复合负极被用于抑制枝晶产生。

这一成果近期发表在ACS Appl. Mater. Interfaces，通讯作者为台湾大学化学系刘如熹教授与台湾师范大学胡淑芬教授。

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