40篇固态电池重点研究成果年度盘点【下篇】

新岁序开，知识相迎

我们盘点了固态电池过去一年的重要进展

膺选文章皆刊载于国内外知名的学术期刊

以供大家一起学习，共同进步

电池制造与应用HAPPY NEW YEAR

01电极制备工艺

无碳硅负极全固态电池

（孟颖&陈政团队，加州大学圣地亚哥分校）

Si稳定性差问题来自于Si与液体电解质的界面。在全固态电池(ASSB) 中使用固态电解质(SSE) 是一种很有前景的替代方法，因为它能够形成稳定且钝化的SEI。加州大学圣地亚哥分校陈政和孟颖教授提出了由99.9wt%μSi作为负极用于μSi||SSE||NCM811电池，以克服μSi的界面稳定性挑战和ASSB的电流密度限制。与此同时，通过去除负极中的碳，显著减少了与固体电解质的界面接触（和不需要的副反应），避免了液体电解质通常发生的连续容量损失。在锂化过程中，在μSi和SSE之间会形成钝化SEI，随之界面附近的μSi颗粒会进行锂化。高反应性的Li-Si会与其附近的Si颗粒发生反应。这个反应会在整个电极中传播，从而形成致密的Li-Si层。实验发现这个过程在不需要任何过量的锂源情况下是高度可逆的。

DarrenH. S. Tan, Zheng Chen, Ying Shirley Meng, et al. Carbon-freehigh-loading silicon anodes enabled by sulfide solid electrolytes.Science 373, 1494–1499 (2021).

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abg7217

氧化还原介质增强的全固态锂硫电池

（崔屹团队，斯坦福大学）

氧化还原介质（RMs）在一些基于液体电解质的电化学储能系统中起着至关重要的作用。然而，固态电池中RMs的概念仍有待探索。通过选择了一组RM候选电池，并研究了它们在全固态锂硫电池（ASSLSB）中的行为和作用，该工作由崔屹教授团队博士后高鑫领衔，发现redoxmediators在高分子固态电池中也能扩散而且管用。可溶性醌基RM（AQT）显示出最有利的氧化还原电位和最佳的氧化还原可逆性，对固体聚合物电解质中的硫化锂（Li₂S）氧化作用良好。因此，具有AQTRMs的Li₂S正极在60℃和1133 m Ahgs^-1的初始充电温度为0.1C时，能垒显著降低。利用K-edgeX射线吸收光谱，作者直接跟踪了ASSLSB中硫的形态，并证明了Li₂S正极与RMs的固态-多硫化物-固态反应促进了Li₂S氧化。相比之下，对于裸露的Li₂S正极，第一次充电循环中的固体-固体Li₂S-硫直接转化会导致激活的高势垒和低硫利用。这个Li₂S@AQT由于有效的AQT增强了Li-S反应动力学，电池显示出优越的循环稳定性（150次循环的平均库仑效率为98.9%）和倍率能力。这项工作揭示了ASSLSBs中硫物种的演化，并通过设计有效的硫物种形成途径实现了快速Li-S反应动力学。

X.Gao, X. Zheng, Y. Tsao, P. Zhang, X. Xiao, Y. Ye, J. Li, Y. Yang, R.Xu, Z. Bao, and Y. Cui, "All-Solid-State Lithium–SulfurBatteries Enhanced by Redox Mediators" Journal of theAmericanChemical Society (2021) DOI: 10.1021/jacs.1c07754

熔体渗透技术可大幅降低固态电池制造成本

（GelbYushin团队， 美国佐治亚理工学院）

目前全固态电池的大规模生成成本较高，在于传统液态商业电池相比缺乏竞争力。这种制造技术包括烧结陶瓷固态电解质膜和ASSLB电极的分别制造，然后在精确控制的环境中再将它们堆叠和烧结在一起。在ASSLBs电极中，由于陶瓷的高硬度，通常需要大体积分数的陶瓷SSE以确保所有活性颗粒被电解质均匀地包围。此外，大多数探索的陶瓷SSEs的高熔点，加上它们在活性材料表面的接触不良，往往需要对ASSLB正极进行高压和温度（>600℃）处理，以避免剩余孔隙的存在，并降低界面阻抗。由于陶瓷易碎，并且含有缺陷，可能会在电池组装过程中在应力作用下引起裂纹，SSE膜通常由相对较厚的（>70µm），这需要额外的空间和质量。为了克服传统ASSLB制造的局限性，低熔点活性材料（如硫）在多孔多层SSEs中的渗透最近被证明了是克服现有挑战的有希望途径，但所产生的电极脆性大，并与大多数活性材料和更便宜的电极卷绕技术不兼容。

鉴于此，美国佐治亚理工学院GlebYushin教授 （通讯作者）报告了一种可降低所有固态电池的制造成本并提高体积能量密度的制造技术。具体来讲，本文的方法模拟了使用液体电解质的低成本锂离子电池制造工艺，除了使用低熔点固态电解质外，它在中等温度（~300°或以下）下呈液态渗入致密、热稳定的电极中，然后在冷却过程中凝固。几乎相同的商业化设备可同时用于电极和电池的制造，从而大大减少了工业化的障碍。因此，采用这种节能方法制备了LiNi_0.33Mn_0.33Co_0.33O₂正极与Li₄Ti₅O₁₂和石墨负极的无机ASSLBs，从而为加速ASSLBs商业化进程开辟了新的机会。

YiranXiao, Kostiantyn Turcheniuk, Aashray Narla, Ah-Young Song, XiaoleiRen, Alexandre Magasinski, Ayush Jain, Shirley Huang, Haewon Lee，GlebYushin ，Electrolytemelt infiltration for scalable manufacturing of inorganicall-solid-state lithium-ion batteries, 2021,DOI:10.1038/s41563-021-00943-2

微观结构设计助力提高固态电池中正极活性物质利用率

（姚彦团队，休斯顿大学）

由于用于生产LiCoO₂和LiNi_xMn_yCo_1-x-yO₂（NMC）的钴或镍的资源有限，所以急需具有充足储量的正极替代材料。有机电池电极材料（OBEMs）是具有公认的氧化还原活性官能团的有机化合物，能够在每个分子中可逆地储存/释放多个电子和阳离子。OBEMs由于其具有适度的氧化还原电位、机械柔软度和循环过程中相对较小的体积变化等特性，将有机会实现最稳定的陶瓷电解质基固态电池。休斯顿大学姚彦教授团队揭示了不良的微观结构是活性材料高分数时性能不佳的根源。该团队采用溶剂辅助工艺来调整材料微观结构，将活性物质的比例从20wt %提高到40wt %，同时还能保持较高的利用率(97.6%)。由此产生的电极比能量为302Whkg^-1，比最先进的有机正极固态电池高83%。基于芘-4,5,9,10-四酮（PTO）与硫代磷酸锂之间独特的界面化学，文中提出了一种依赖电位的可逆中间相演化模型。这项工作说明了微观结构工程在优化全固态电池新型活性材料中的关键作用。

JiboZhang, Zhaoyang Chen, Qing Ai, Tanguy Terlier, Fang Hao, YanliangLiang, Hua Guo, Jun Lou, Yan Yao*, Microstructure engineering ofsolid-state composite cathode via solvent-assisted processing, Joule,2020, DOI:10.1016/j.joule.2021.05.017

全电化学活性电极助力高能量密度全固态锂电池

（陈立泉&李局团队，中科院物理所&美国麻省理工）

文章首次提出采用全电化学活性电极构建全固态电池的新思路。通过采用高电子-离子混合导电活性物质作为正极实现100%全活性物质全固态电极，与金属锂负极搭配，构建出高能量密度全活性物质全固态电池，在该类新型全固体金属锂电池中材料层面的能量密度可以在电极层面得到了100%发挥。全电化学活性全固态电池概念最先在一系列具有电化学活性的高离子-电子电导过渡金属硫化物材料中实现，并通过与高能量密度硫正极复合，在电极层面上实现了770Wh/kg和1900Wh/L的能量密度（商用钴酸锂电极层面上的能量密度为480Wh/kg和1600Wh/L）。预计未来随着更多新型全活性固态电极发现，有望进一步提升全固态电池能量密度，从而最终实现具有高能量密度高安全性的全固态锂电池。

Denseall-electrochem-active electrodes for all-solid-state lithiumbatteries. Meiying Li, Tao Liu, Zhe Shi, Weijiang Xue, Yong-sheng Hu,Hong Li, Xuejie Huang, Ju Li,* Liumin Suo,* and Liquan Chen

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202008723

全固态氟离子电池

（KentaroYamamoto团队，日本京都大学）

该文章介绍了使用具有高度可逆（脱）氟化行为的氧化亚铜(Cu₂O)作为全固态氟离子（FIB）的新型正极材料。除了理论上具有100%金属转化率的M/MFx系统外，Cu₂O还具有极高的氧化还原物质(Cu⁺)含量，因此与拓扑规整氧化物和氟氧化物相比，具有更高的理论容量。同时，Cu₂O正极还具有非密堆积Cu-O构型；与基于Cu/CuF₂的正极相比，它显示出明显提高的倍率能力。X射线吸收光谱揭示了相变反应机制，并研究了结构演变以及初始容量衰减的可能原因。这是Cu₂O作为全固态FIB正极材料的首次报道。迄今为止，使用块状全固态电池（图1a）的Cu₂O的高性能是目前所有相关研究中最好的。这一结果将加深对全固态FIBs新型替代品开发的理解，并为全固态FIBs实际应用的可能性带来新的思考。

Zhang,D.,Yamamoto, K., Wang, Y., Gao, S., Uchiyama, T., Watanabe, T.,Takami,T., Matsunaga, T., Nakanishi, K., Miki, H., Iba, H., Amezawa,K.,Maeda, K., Kageyama, H., Uchimoto, Y., Reversible andFast(De)fluorination of High-Capacity Cu2OCathode: One Step TowardPractically Applicable All-Solid-StateFluoride-Ion Battery. Adv.Energy Mater. 2021,2102285.

https://doi.org/10.1002/aenm.202102285

02界面改性

用于改善固体接触的简易电化学策略

（IliasBelharouak&Ruhul Amin团队，美国橡树岭国家实验室）

美国橡树岭国家实验室的研究人员IliasBelharouak和RuhulAmin(共同通讯)报道了一个简单的电化学策略，以改善Li| Li_6.25Al_0.25La₃Zr₂O₁₂(LALZO)的界面阻抗和接触。通过使用短时间高压脉冲形成的界面，可以得到较低的接触阻抗。结果表明，这些脉冲在界面孔隙附近产生的局部高密度电流可以通过局部焦耳加热使Li和LALZO之间有更好的接触，这一点得到了理论模拟的支持。该脉冲技术还应用于Li| Li_6.4La₃Zr_1.4Ta_0.6O₁₂(LLZTO) | LiNi_0.6Mn_0.2Co_0.2O₂(NMC622)电池，结果表明电荷转移电阻得到显著降低。包括x射线光电子能谱和扫描电子显微镜技术在内的非原位表征表明，脉冲对正极和固体电解质块体和界面没有有害影响。这种电化学脉冲技术提供了一种有可能显著改善固态电池组件间界面接触的简便、无损方法。

AnandParejiya,  Ruhul Amin*,  Marm B. Dixit,  Rachid Essehli,  Charl J.Jafta,  David L. Wood III, and  Ilias Belharouak*，ImprovingContact Impedance via Electrochemical Pulses Applied to Lithium–SolidElectrolyte Interface in Solid-State Batteries，ACSEnergy Lett.，2021，DOI：10.1021/acsenergylett.1c01573

超声辅助改善固态界面

（毛智勇团队，天津理工大学）

天津理工大学毛智勇副教授提出了一种十分简单室温超声辅助固体焊接策略，有效改善Na金属与无机固体电解质（Na₃zr₂Si₂PO₁₂，NZSP）的接触情况。通过超声焊接组装的Na|NZSP|Na对称电池在0.2mAcm^-2和0.6mAcm^-2临界电流密度条件下均可稳定沉积/剥离Na，并且具有比没有超声焊接组装的对称电池更低的界面阻抗。Na|NZSP|Na₃V₂(PO₄)₃全电池在室温下以0.1mAcm^-2下循环900次，容量保持率接近90%，这也证明超声辅助焊接的有效性。

XinxinWang, Jingjing Chen,Dajian Wang and Zhiyong Mao*, Improving thealkali metalelectrode/inorganic solid electrolyte contact viaroom-temperatureultrasound solid welding, NatureCommunications, DOI:10.1038/s41467-021-27473-4

https://www.nature.com/articles/s41467-021-27473-4

原位聚合固态电解质用于钴酸锂电池

（耿振团队&李泓团队，同济大学）

中科院物理所李泓研究员和同济大学耿振副教授通过原位聚合的方式来改善固态电解质和电极之间的界面接触，让液态电解液在电池内部原位转化成固态聚合物电解质。这种方法既可以实现与现有锂离子电池生产设备的兼容，又能有效降低界面电阻。然而，由于可用于原位聚合的单体种类有限，很难同时与高电压正极和高容量负极很好地匹配。界面处持续发生副反应，将使电池性能恶化。该工作在1，3-二氧五环（DOL）溶剂原位聚合的基础上，引入了氟代碳酸乙烯酯（FEC）和六亚甲基二异氰酸酯（HDI）以构建高电压下稳定的界面，提高了Li/LiCoO₂电池在4.2V下的性能。

ZhenGeng, Yuli Huang, Guochen Sun, Rusong Chen, Wenzhuo Cao, JieyunZheng, Hong Li . In-situ Polymerized Solid-state Electrolytes withStable Cycling for Li/LiCoO2 Batteries

NanoEnergy, 2021, DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.106679

03电化学性能理解与表征技术

合金负极固态电池的应力演变

（MatthewT. McDowell团队，美国佐治亚理工学院）

美国佐治亚理工学院MatthewT.McDowell教授团队研究了全固态电池内的应力（堆压）演变，电池包括由硅、锡和锑等活性材料组成的复合负极，以及锂银锗矿电解质和LiNi_0.33Mn_0.33Co_0.33O₂正极。其中测量了与锂转移量相关的兆帕级应力变化，并发现充放电期间的应力特征和迟滞，受电极结构和活性材料的影响。研究进一步表明，这些复合合金负极能够实现稳定的长循环，并伴随着周期性的应力变化。这些发现为固态电池中电化学和力学之间的关系提供了新的理解。

Stressevolution during cycling of alloy-anode solid-state batteries.(Joule,2021, DOI: 10.1016/j.joule.2021.07.002)

https://doi.org/10.1016/j.joule.2021.07.002

正极-电解质界面调控对全固态电池性能的影响

（PaulV. Braun团队&JohnB. Cook团队，美国伊利诺伊大学-香槟分校）

固态电池具有提高电池器件能量密度及循环寿命的巨大潜力，而电极/电解质界面处的副反应严重损害固态电池的性能，限制了其发展，而目前对固态电池界面的认识还远远不够。当前的固态电池的研究多是以高活性的、多晶面取向的电极材料为对象，这无疑是无法准确地评估材料的表面形貌及晶体学性质对固态电池的影响的。

鉴于此，美国伊利诺伊大学-香槟分校的PaulV. Braun及Xerion先进电池公司的JohnB.Cook等人制备了高度结晶的、晶面定向的、厚实且致密的锂/钠过渡金属氧化物正极，并适配了多种固体电解质，最终确定了界面形貌、晶体性质对固态电池性能的影响。研究人员利用熔盐电沉积的方法很好地控制了所制备材料的晶体取向及表面形貌，在该材料中，电池的容量衰减及界面阻抗的增加是呈线性关系的，两者关系高度可预测，这是在界面性质复杂的传统复合正极中无法实现的。同时，该致密的正极材料能够减少电极中导电剂及粘结剂的用量，提高了电池的能量密度，并有效缓解了碳导电剂催化电解质氧化分解的负面作用。

Zahiri,B., Patra, A., Kiggins, C. et al. Revealing the role of thecathode–electrolyte interface on solid-state batteries. Nat. Mater.(2021). https://doi.org/10.1038/s41563-021-01016-0

氯化物高电化学稳定性起源

（孙学良团队，加拿大西安大略大学）

来自加拿大西安大略大学的孙学良团队在NanoEnergy报告了一系列具有高电化学稳定性（4.5V（相对Li⁺/Li）），最初采用正极极限低的非锂金属元素作为非锂金属元素，并进一步引入稳定的Zr-Cl键。此处所有的CV测试均使用含碳添加剂的电极，测试得到的电化学窗口与理论值非常接近。氯化物电解质的氧化电位足够高，可以直接与裸正极材料耦合。通过将第一性原理计算与X射线吸收光谱的原子级观察完美结合，发现了实用多金属氯化物SSE局部结构的新发现。Li-M-Cl材料的电化学稳定电位很大程度上取决于非锂金属元素M的特性。Li_2.556Yb_0.492Zr_0.492Cl₆的精细结构。在不同的电化学状态下，使用X射线吸收光谱证实了恒定的2.3ÅZr-Cl键和Zr中心球团。采用两步法探索了Li-M-Cl电解质材料离子输运优化方案的一般规律，包括Li缺乏和同时调节载流子浓度和空位浓度的协同效应，通过该方法使离子Yb基和Y基氯化物固体电极的电导率在室温（RT）下均提高至1.58mS/cm，使用LiNi_0.83Co_0.12Mn_0.05O₂（4.3V（相对Li⁺/Li））和LiCoO₂（4.5V（相对Li⁺/Li））作为正极材料表现出优异的电化学性能。

Xu,G.F., Luo, L., Liang, J. W., Zhao, S. Q., Yang, R., Wang, C. H., Yu,T.W., Wang, L. W. Xiao, W., Wang, J. T., Yu, J. Q. & Sun, X.L.(2021). Origin of High Electrochemical Stability ofMulti-MetalChloride Solid Electrolytes for High EnergyAll-Solid-StateLithium-Ion Batteries. Nano Energy.106674.DOI:10.1016/j.nanoen.2021.106674

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106674

固态电池中金属锂剥离与电镀的界面原子机制

（莫一非团队，马里兰大学）

美国马里兰大学莫一飞利用大规模分子动力学模拟，通过明确考虑关键的基本原子过程和界面原子结构，对固态电解质上的锂剥离和沉积进行了首次原子建模研究。根据建模结果，作者提出了以下指导原则：

1)锂-固体界面应具有较强的附着力，并在锂循环过程中施加压力;

2)增强Li扩散是提高Li金属阳极性能的关键;

3)在锂金属与SE/涂层之间形成共格界面可显著提高锂金属负极性能。

MenghaoYang, Yunsheng Liu, Adelaide M. Nolan, Yifei Mo, InterfacialAtomistic Mechanisms of Lithium Metal Stripping and Plating inSolid‐State Batteries. Adv. Mater. 2021, 2008081

DOI:10.1002/adma.202008081

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202008081

表面钝化层对固态电池负极界面电阻的影响

（JürgenJanek&Anja Henss团队，德国吉森大学）

为了提高电池的能量密度，采用锂金属负极(LMA)是一种极具前景的策略，因为它的比容量比石墨负极高10倍以上。然而，锂金属存在锂损失、枝晶生长等问题。最近的研究往往集中在LMA表面改性上，以提高其可逆性、形态稳定性和倍率性能。但大多数研究都忽略了锂金属本身被钝化层覆盖，钝化层的成分、厚度、形态和均匀性对最终性能至关重要。目前，尚未有报道探讨存储和加工步骤如何影响锂金属钝化层以及其对负极和电池性能的影响。

德国吉森大学JürgenJanek和AnjaHenss等人研究了储存时间和环境对商业锂箔表面钝化层的影响，使用X射线光电子能谱和飞行时间二次离子质谱对锂表面进行表征，发现只有密封袋可以有效防止锂表面氧化。否则，即使在手套箱中，钝化层厚度也会稳步增加。用LLZO作为固体电解质测试固态电池中存储的锂箔，结果表明固体电解质粗糙度和施加压力对阻抗有巨大影响。虽然在LLZO粗糙度较大和高压下，钝化层对界面电阻没有重大影响，但在LLZO粗糙度和压力较低情况下，会显著影响界面电阻。因此，锂钝化层可能会阻碍LMA在固态电池中的应用。反应性实验表明水残留是手套箱中锂箔钝化的主要原因。此外，氮气会与新的锂表面发生反应。结果表明，储存条件是影响锂金属表面状态的重要因素。

Svenja-K.Otto, Till Fuchs, Yannik Moryson, Christian Lerch, Boris Mogwitz,Joachim Sann, Jürgen Janek, and Anja Henss. Storage of LithiumMetal: The Role of the Native Passivation Layer for the AnodeInterface Resistance in Solid State Batteries. ACS Applied EnergyMaterials. 2021, DOI:10.1021/acsaem.1c02481

揭秘界面阻抗与电位降和离子浓度的关联

（A.AlecTalin团队&YueQi团队，美国桑迪亚国家实验室）

固态电化学系统的性能与引起界面阻抗的电解质-电极结的电位和锂分布密切相关。在这里，来自美国桑迪亚国家实验室A.AlecTalin和密歇根州立大学YueQi合作在ACSEnergyLett.发表的工作结合了两种操作方法，开尔文探针力显微镜（KPFM）和中子深度分析（NDP），以确定操作Si-LiPON-LiCoO₂中的限速界面通过映射接触电位差（CPD）和相应的锂分布来构建固态电池。离子、电子和界面的贡献通过将CPD分布与锂浓度分布相关联并通过与第一性原理建模去卷积进行比较。发现最大的电位降和锂浓度的变化发生在负极-电解质界面，正极-电解质界面的电位降较小，体电解质内的梯度较浅。将这些结果与电池在低速率和高速率下循环后的电化学阻抗谱相关联，证实了将大电位降与限速界面过程联系起来的长期猜想。

Fuller,E.J., Strelcov, E., Weaver, J. L., Swift, M. W., Sugar, J. D.,Kolmakov,A., Zhitenev, N., McClelland, J. J., Qi, Y., Dura, J. A. &TalinA. A. (2021). Spatially Resolved Potential and Li-IonDistributionsReveal Performance-Limiting Regions in Solid-StateBatteries. ACSEnergy Lett. 2021, 6, XXX, 3944–3951.

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.1c01960

二维核磁技术实现全固态电池正极内部界面处锂离子传输性能的量化

（SwapnaGanapathy团队&MarnixWagemaker团队， 荷兰代尔夫特大学）

固态电池中，固态正极内部的电极活性材料与电解质颗粒的高界面阻抗是急需解决的问题。柔性晶界填充物可以增强正极活性颗粒与电解质界面处的锂离子导电性，然而，对电极-填充物-电解质三相晶界锂离子扩散的解析依然不明确。二维固态核磁技术是一种表征界面性能的有效手段，相比于普通的电化学阻抗谱测试，核磁技术可以实现界面结构的测量，包括化学键、润湿性、空间电荷层等。

荷兰代尔夫特大学的研究人员将LiI包覆在Li2S颗粒表面，利用固态核磁技术表征了固态电池正极内部Li₂S-LiI-Li₆PS₅Cl三相晶界处的锂离子转移能力。该工作的主要内容为：1)LiI包覆显著提升了Li₂S正极与Li₆PS₅Cl固态电解质颗粒的离子传输性能。2)LiI包覆减小了全电池充放电过电位，电池200次循环依然保持稳定。3)利用二维固态核磁技术量化了电极与电解质界面的锂离子扩散。

MingLiu, Chao Wang, Chenglong Zhao, Eveline van der Maas, Kui Lin,Violetta A. Arszelewska, Baohua Li, Swapna Ganapathy & MarnixWagemaker, Quantification of the Li-ion diffusion over an interfacecoating in all-solid-state batteries via NMR measurements, NatureCommunications, 2021, https://doi.org/10.1038/s41467-021-26190-2

04失效分析

固态电池机械失效机理

（MatthewT. McDowell团队，美国佐治亚理工学院）

固态电解质不能像液态电解质一样流动，因而更容易产生化学机械衰退。来自美国佐治亚理工学院的MatthewT. McDowell团队及合作者利用Operando同步辐射X射线计算机层析显微技术在较高标称电流密度(≥1mAcm²)下直接观测Li/Li₁₀SnP₂S₁₂/Li对称电池的动态现象。得益于单色同步辐射光束所带来的高空间分辨率和快速扫描次数优势，作者同时解析了电池循环过程中Li/Li₁₀SnP₂S₁界面处空隙形成、界面相演化及体积变化特征。此外，虽然由于界面相的形成引起了界面处的相变和显著的体积变化，但作者仍通过定量分析揭示了电池失效最终是由界面空隙形成及接触损失所导致的电流收缩所驱动，此发现也为固态电池性能衰减机制提供了重要启示。

Lewis,J.A., Cortes, F.J.Q., Liu, Y. et al. Linking void and interphaseevolution to electrochemistry in solid-state batteries using operandoX-ray tomography. Nat. Mater. (2021).https://doi.org/10.1038/s41563-020-00903-2

晶界处电子或是局部锂枝晶形成关键

（MiaofangChi团队，美国橡树岭国家实验室）

近日，美国橡树岭国家实验室的MiaofangChi研究员、密西根大学JeffSakamoto教授和中国科技大学马骋教授，通过对典型的Li₇La₃Zr₂O₁₂（LLZO）固态电解质进行原位电子显微镜观测，发现固体氧化物电解质中的锂渗透枝晶与其局部电子能带结构密切相关：约一半的LLZO晶界具有减小的带隙，减小1-3eV，这些晶界为电池内部漏电提供了一个潜在通道，导致Li⁺离子不是在阴极与电子结合，而是被晶界处的电子过早还原，形成局部锂枝晶。这些枝晶最终相互交错连接，从而导致电池的短路。作者认为晶界电子电导率必须是未来固态电池设计优化的主要关注点。

Liu,X., Garcia-Mendez, R., Lupini, A.R. et al. Local electronic structurevariation resulting in Li ‘filament’ formation within solidelectrolytes. Nat. Mater. (2021).https://doi.org/10.1038/s41563-021-01019-x

锂枝晶形成机理

（杨勇团队与王鸣生团队，厦门大学）

该工作通过原位表征手段观察锂金属生长过程，以及正极负载下缺陷诱导的异质沉积。利用原位扫描电子显微镜和电化学分析方法，获得并讨论了在电极/固体电解质界面沉积的锂金属的空间分布和形态演变。该研究表明，锂晶须的形成取决于局部锂离子通量和沉积活性位点，与多晶固态电解质中缺陷的含量和类型密切相关。此外，缺陷区域表现出更快的锂沉积动力学和更高的形核趋势。这些研究结果有助于加强对SSLB中锂渗透机制的理解。

HongchunWang,Haowen Gao, Xiaoxuan Chen, Jianping Zhu, Wangqin Li, ZhengliangGong,Yangxing Li, Ming-Sheng Wang,* Yong Yang,* Linking the Defectsto theFormation and Growth of Li Dendrite in All-Solid-StateBatteries,Adv.Energy Mater., 2021, 2102148DOI:10.1002/aenm.202102148

https://doi.org/10.1002/aenm.202102148

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