张强教授、郭玉国研究员、万立骏院士|[综述]金属锂负极固态界面层设计

清华大学张强教授、中科院化学所郭玉国研究员、万立骏院士等对金属锂负极表面固态电解质层的形成原理进行了深入分析，总结了面向实用化金属锂电池的低界面电阻固体电解质层的设计策略，并对其发展方向进行了展望。

金属锂电池的研发具有重要意义但极具挑战。以金属锂为负极的可充放锂电池理论上具有极高的能量密度，极有希望构筑下一代储能器件。然而金属锂负极充放电过程极易形成枝晶和孔洞，导致电极粉化、界面电阻增加。在实际电池中，锂离子穿越负极表面固态电解质界面层到达金属锂表面，该界面层对锂离子的沉积与脱出行为有重要影响。

近期，清华大学张强教授、中科院化学所郭玉国研究员、万立骏院士等在Science China Chemistry上合作发表了题为“Designing solid-state interfaces on lithium metal anodes: a review”的综述，对金属锂负极表面固态电解质层的形成原理进行了深入分析，总结了面向实用化金属锂电池的低界面电阻固体电解质层的设计策略，并对其发展方向进行了展望。

本文总结了近年来金属锂界面化学的研究进展。在液态电池中，金属锂表面固液界面层具有复杂的离子、电子输运行为，锂离子的溶剂化结构影响界面层形成，通过电解液添加剂、引入人工涂层等方法可显著改善金属锂循环性能。在固态电池中，通过构筑双功能、渗流型、非对称、复合固态电解质等方法，实现金属锂负极的稳定、高效利用。

最后，作者指出，复杂固固界面和液固界面研究仍有很大的空间，如何在电子离子互联通道中实现可控金属锂沉积是追求的目标。在三维多相体系构筑稳定离子电子通道，承受大电流及高容量循环带来的形变是关键。全电池作为能源反应器，其构筑需要正负极与电解质的高效匹配，及能源化学、材料科学、电池管理等领域的通力合作。

图1 金属锂负极固态界面层设计。

详见：Zhao CZ, Duan H, Huang JQ, Zhang J, Zhang Q, Guo YG, Wan LJ.  Sci. China Chem., 2019, 62(10),1286-1299. 

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通讯作者简介

郭玉国研究员：中国科学院化学研究所研究员，中国科学院大学岗位教授，博士生导师，中科院分子纳米结构与纳米技术重点实验室副主任，“国家杰出青年基金”获得者，“万人计划”科技创新领军人才，“国家重点研发计划”首席科学家，美国化学会期刊ACS Applied Materials & Interfaces的副主编。研究工作主要集中在能源电化学领域的锂离子电池及其关键材料（硅基负极、高镍正极等）和下一代二次电池体系（锂硫电池、锂硒电池、固态电池、锂金属电池、钠离子电池、镁电池等）。在Nat. Mater.、Sci. Adv.、Nat. Commun.、Acc. Chem. Res.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Adv. Energy Mater.、Energy Environ. Sci.等期刊上发表多篇SCI论文。

张强教授：清华大学长聘教授，从事能源材料研究，尤其是金属锂、锂硫电池和电催化的研究。曾获得国家自然科学基金杰出青年基金、中组部万人计划青年拔尖人才、英国皇家学会Newton Advanced Fellowship、2017-2018年科睿唯安全球高被引科学家。担任国际期刊J. Energy Chem.编辑、Adv. Mater. Interfaces、Sci. China Mater.、Sci. China Chem.、Philos. Trans. A编委，Energy Storage Mater.、Adv. Funct. Mater.客座编辑。主持国家重点研发计划课题、自然科学基金、教育部博士点基金、北京市科委重点项目等。担任Nature Energy、Nature Nanotech.、Nature Catal.、Sci. Adv.、J. Am. Chem.Soc.、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.等期刊特约审稿人或仲裁人。以第一作者/通讯作者在Adv. Mater., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Nature Commun., Sci. Adv.,Chem等发表多篇SCI收录论文。

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