清华大学核研院何向明团队：固态电池，到底安不安全？

安全问题阻碍了锂离子电池（LIBs）在电动汽车和固定式储能领域的广泛应用。由于电池热失控的问题被广泛地归咎于液体有机电解质的流动性、挥发性和易燃性，具有固体和非易燃性电解质的固态锂电池因其潜在的更好的安全特性而备受推崇。固态金属锂电池（SSLMBs）可能成为安全、高能量密度电池的最终解决方案。固态金属电池是否足够安全以满足新的需求仍不清楚，因为最近的出版物在材料和设备层面上都提出了严重的安全问题。

清华大学核研院锂离子电池实验室何向明课题组王莉/张浩等团队总结了最近对SS-LMB安全性的研究，并对SS-LMB的安全问题进行了系统分析和讨论。成果发表在国际期刊eTransportation。

【引言】

随着电动汽车的快速发展，对具有安全性、高功率和高能量密度的动力电池有了巨大的需求。热失效是动力电池的关键问题之一，它极大地阻碍了电动汽车的可靠性和安全性，引起了大量的研究。热失控（TR）是一种极端的热失效案例，其特点是伴随着剧烈的燃烧、强力喷射、甚至爆炸，它导致了锂离子电池（LIBs）的安全问题。TR是由一连串的放热反应演变而来的。对于传统锂离子电池中使用的有机液体电解质的锂离子电池（OLE-LIBs），当内部温度上升到明显的外热副反应的温度，如SEI分解，由于滥用或老化，这些反应可能保持温度上升，以启动更多的副反应，可能发生在更高的温度，形成一个热-温度-反应循环。通常但并非总是如此，固体电解质界面（SEI）的分解、隔膜的失效、阳极和电解质（Ely）之间的反应、阳极和阴极之间的串扰、阴极和电解质之间的反应以及阴极的氧气释放等等。

Ouyang等人总结了TR的三个特征温度：自发热的初始温度T1，即电池自发热的温度上升率大于0.01℃min^-1的温度。当电池温度高于T1时，内部会有明显的可检测的自发热。TR的触发温度T2一般定义为自发热导致温度上升速度超过60℃ min^-1的温度。T3是热失控过程中的最高温度，它可以超过800℃ min^-1。然后，TR可以被确定为T2的过程，它一般发生在燃烧期间。一般来说，易燃的OLE及其气体衍生物被认为是导致剧烈燃烧或喷射燃烧的原因。

近年来，固态金属锂电池（SS-LMBs）引起了广泛关注，并被认为是下一代电池技术，有可能缓解人们对电动汽车里程数和安全性的焦虑。这种努力是由固态电解质（SSEs）可以确保LMBs的循环性大大改善，安全性提高，体积能量密度比商业OLE-LIBs高8SSEs通常呈现低浓度极化。用SSEs取代OLEs可以有利于厚电极或双极配置，以实现高效封装，从而获得更高的能量密度。

特别的，与OLE-LIBs中的材料相比，研究人员声称机械坚固且不易燃的SSEs可以赋予SS-LMBs固有的安全性（图1）。然而，锂金属阳极（LMA）具有低熔点和极高的化学活性。基于已发表的结果和我们对锂离子电池热失效的理解，作者对SS-LMBs的安全优势和关注点进行了回顾。

尽管SS-LMBs的界面在热力学上是不稳定的，但它们仍然被认为比OLE-LMB的界面更安全。作者回顾了SS-LMBs在材料和设备层面的安全问题，重点是SSE/Li金属在Li熔化后可能的串扰（化学成分的扩散和这些成分与电极之间的后续反应）的不稳定性，它们对TR可能性的后果，以及分别由滥用或加速量热法（ARC）引发的可能TR特征。作者描述了不同SS-LMB系统中可能的TR路线，提出了延迟TR的策略，并提出了澄清TR机制和促进更安全的SS-LMB发展的基本研究方向。

本综述中，SS-LMBs仅限于采用全固态电解质（包括陶瓷、干聚合物、它们的混合物或复合材料）或准固态电解质（包括凝胶、混合物或与凝胶的复合材料，其中电解质中的液体一般不超过5wt.%）的电池。仅用SSEs作为隔膜的电池（多孔电极内有液体电解质），虽然在一些报告中被归类为混合固态电池，但不包括在本综述讨论的范围内。用SSEs替代隔膜只能节省大约20~30%的OLE，这可能会减少热量，而不会明显改变TR机制。此外，这里将不讨论带有凝胶电解质或液体阴极电解质的LMB。虽然这些电池具有卓越的抗机械滥用能力，因为液体电解质被凝胶单元所捕获，因此在工业上取得了巨大的成功。然而，由于使用了丰富的有机液体电解质，与传统设备相比，TR机制和性能不会有明显的变化。

二、为什么SSE被认为可以确保LMB的安全

2.1.对SSEs-LMBs安全性的一般看法

一个重要的化学反应需要三个条件：热力学的可能性、反应物之间的接触和一个合适的温度。从热力学的角度来看，所有的LMB和LIB都是不安全的，因为在充电状态下的阴阳极是强氧化还原对；也就是说，阴阳极之间的反应所释放的能量有可能将电池推向TR。通常情况下，多孔隔膜将阴极和阳极隔离，以防止直接发生氧化还原反应。然而，当阴极和阳极在某些条件下（如加热）与电解液发生反应时，阳极在电解液中产生气态或可溶性的还原性成分（如H*、H₂、烷烃、烯烃和CO），而阴极则产生氧化性成分（单线态氧、氧等）这些成分可以通过多孔隔膜在阴极和阳极之间扩散。在这个时候，即使多孔隔膜仍然在物理上隔离阳极和阴极，氧化还原反应也会以间接的方式发生。在这个意义上，只有高度热稳定和无孔的隔膜，例如固态电解质隔膜，才可能阻止阴阳极之间的氧化还原反应。电解质对于阴阳极之间的串扰是必不可少的。只有当带电的阳极与电解质发生反应时才会形成还原性成分。对于带电的阴极来说，虽然它可以在一定温度下因相变而释放氧气，但电解质的存在可以大大降低温度。因此，如果电解质不与阴极或阳极反应，储存在阴极和阳极的能量只能在阴极被加热到相变温度时释放，而氧气则产生并扩散到阳极。因此，如果电解质是化学惰性的，并且隔膜可以避免阴阳极的直接接触和串扰，理论上电池是比较安全的。理想的SSE正好满足这些要求。此外，填充了SSE的多孔电极使阴阳极材料的表面成为埋藏的界面（buried interface）。即使阴极被加热并倾向于释放氧气，反应速度也会降低，因为气体从埋藏界面的逃逸可以被减缓。这可能是SSE实现电池安全的一个重要基础。

此外，基于四个关键特征（图1），SSEs被认为能够延迟TR。

首先，SSEs呈现出固有的低可燃性和挥发性；因此，它们可以缓和热释放的传播并减缓燃烧。在OLE-LIBs的TR期间，可燃的OLE及其还原衍生物启动并支持燃烧。相反，SSEs由于其不可燃性，因此不支持燃烧。

第二，SSE的高分解或失效温度确保它是一个超级稳定的隔膜，它可以打破反应链。LIB中的聚乙烯（PE）或聚丙烯（PP）基隔膜在155℃以下很容易崩溃或软化，导致阳极-阴极的直接反应，这种反应会非常激烈，产生大量的热量，然后导致TR.。热稳定的SSE可以有效地推迟或防止内部短路（ISC），缓解TR。特别的，如果SSE的崩溃温度高于阴/阳极材料的分解温度，ISC可能不会发生。

第三，SSE与阴极和阳极的表观反应活性低，或者它们之间的固-固反应动力学差，明显减少了温度升高初期的发热量和发热速度。OLE-LIBs的固体-电解质界面（SEI）仅在80℃时就可能失效，而阴极和OLE之间的放热反应是在~150℃时开始的。相反，SSEs在100℃时与阴极和阳极都没有显示出明显的副反应。陶瓷SSEs通常与阴极呈现出色的稳定性，甚至超过200℃，这在早期阶段就有效阻止了TR。

第四，研究人员认为，具有高模量（在10~100 GPa的范围内）和机械坚固性能的SSEs可以延迟由Li枝晶晶体生长引起的ISC，从而恢复了使用LMA的可能性。可流动的、易燃的OLE很容易从锂离子电池中抽出，导致喷火。利用SSE可以消除对电池外泄漏和燃烧的担忧。

图1.预测SSE比OLE在电池热安全方面的优势。

高化学/热稳定性、高机械强度、固/固界面的低动力学以及不渗透性确保了TR的延缓性，而非挥发性、非流动性和非可燃性则减轻了TR的性能。燃烧是TR的一个重要特征；因此，易燃性是电池材料最重要的参数之一，因为它反映了与氧气反应的能力。OLEs的可燃性和挥发性在电池TR期间的燃烧传播中发挥了重要作用。相比之下，不挥发和不可燃的SSEs有望确保电池的适度燃烧特性。

2.2.在SS-LMBs中仍然存在一些安全隐患

然而，这些明显的优势并不能保证SS-LMBs的内在安全性，因为在高温下SSE和LMA之间的不稳定界面可能会引起强烈的放热反应，氧化性物质和LMA之间的串扰可能会产生巨大的热量。此外，熔融的锂对锂阳极和SSE之间界面的结构和动力学有明显的影响。

三、关于可燃性的安全问题

SSEs在本质上比OLEs具有更好的热稳定性。普遍的SSEs通常包括氧化物、硫化物、PEO（聚环氧乙烷）基聚合物及其复合材料。无机固体电解质（ISEs）包括氧化物和硫化物，它们通常具有良好的热稳定性和抗电化学氧化性。固体聚合物电解质（SPE）由聚合物基体和锂盐（LiClO₄、LiAsF₆、LiPF₆、LiBF₄等）组成。除了PEO，还有其他聚合物基体，如聚丙烯腈（PAN）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚氯乙烯（PVC）和聚偏二氯乙烯（PVDC）。PEO及其衍生物在锂离子传导方面具有优势，是使用最广泛的宿主。复合SSEs由两种或更多类型的SSE材料组成，一般指其均匀混合或多层或接枝产物的ISE和SPEs。SPE和ISE的结合使复合电解质不仅具有良好的机械性能和电化学/化学稳定性，而且比纯聚合物SSE具有更高的离子传导性；这种优越性是由于SPE和ISE之间的协同作用。此外，SPE-SPE和SPE-固体有机添加剂复合材料是该复合材料家族的重要成员。

低可燃性通常是SSEs热安全性的一般标准，通过空气中的点火试验确认的SSEs的不可燃性或低可燃性被用来预测其电池安全性。ISEs和SPEs都比商用聚烯烃基隔膜具有显著的防火性能，要么不可燃，要么快速自熄。

然而，在报道的照片中一般可以观察到，大多数聚合物基复合电解质在暴露于火焰时变成黑色，甚至收缩，而膜的内侧卷起，变成红色。虽然很少有人讨论，但红色区域表示火焰很弱。鉴于所报道的复合SSE含有有限的可燃成分（如PEO），燃烧似乎很温和，而且是自熄灭的。

因此，当电池中的SSE具有较大的面积和电池中存在大量的可燃成分时，ISC或随后的燃烧仍可能是一个问题。从这个意义上说，在对SSE进行热安全评估时，应该对尺寸和重量的定量变化进行测量。

此外，由于电极与SSE是一体的，即使SSE的低度燃烧和尺寸变化也可能导致电极崩溃和电池变形。SSE的不燃性或阻燃性能有利于减少总发热量，从而提高电池的热安全性。此外，在SSEs的热分解过程中没有气态产物，这对于建立没有火灾、爆炸或喷火的电池是至关重要的。

四、来自界面的安全问题

用于安全电池的理想电解质和隔膜不仅应具有内在的热稳定性，而且与阴阳极的化学稳定性也很好，即使在高温下也是如此，这就是提议的SSE用于更安全电池的优势。然而，实验证据表明，SSE并不都是稳定的，一些SSE在高温下会与LMA发生强烈的反应。

氧化物ISE在高温下可与LMA发生强烈的反应。无定形的LiPON在暴露于金属锂时并不稳定，会分解成更小的单元，包括Li₃PO₄、Li₃P、Li₃N和Li₂O，而Li₇La₃Zr₂O₁₂（LLZO）的表面在300~350℃下与熔融锂接触时出现裂缝。Li_1.5Al_0.5Ge_1.5(PO₄)₃(LAGP)与金属Li发生化学反应，形成一个界面，这个反应是严格的，即使在手套箱中H₂O和O₂含量都小于0.1ppm的情况下，在>200℃时也会进一步导致猛烈的TR。这种不稳定性通过第一原理计算和ARC测试得到了进一步验证。计算出的SSE和Li之间的反应能量、氧气释放趋势和Li-O反应产生的热量依次是LAGP > Li_1.3Al_0.3Ti_1.7(PO₄)₃ (LATP) > Li_0.34La_0.56TiO₃ (LLTO) > LLZO。令人惊讶的是，Li/LATP颗粒样品表现出比Li/LATP粉末样品低得多的TR温度（179.2 vs. 301.7℃）和较差的热稳定性，尽管颗粒样品的接触面积比粉末小得多。这一发现可能是由于熔融的Li与LATP在缺陷部位发生了反应，然后LATP体通过缺陷或裂缝渗透，导致了严重的反应。所有报告的激烈反应都发生在等于或高于金属锂熔点的温度，这表明熔融的锂极大地增强了ISE和金属锂之间的动力学反应。因此，提高阳极的熔化温度可能是提高TR阈值温度的一个有效策略。

SPEs是相对不稳定的SSEs。然而，它们在室温（RT）下与LMA接触时可能形成一个热稳定的界面，而且SPE与熔融的金属锂相对稳定。此外，SSE的形态会大大影响它们与LMA的反应性。除了LMA界面外，还有关于阴极界面的安全问题。基本上，氧化物ISE与不同的阴极是稳定的，包括高压阴极Li₂NiMn₃O₈（LNMO）、Li₂FeMn₃O₈（LFMO）和LiCoMnO₄（LCMO）。热分析（热重仪（TG）和差热分析（DTA））显示在高温（>600℃）下这些界面有轻微或无反应的迹象，表明发生了非常弱的放热反应。相反，在真正的SS-LMB中，这两种ISE在高电荷状态下被阴极氧化，因为LATP和LLZO的电化学稳定窗（ESWs）范围分别为2.17~4.21和0.05~2.91V（如图2），并产生绝缘分解产物，这将提高充电/放电过程中的界面阻抗和焦耳热，使电池在足够长的循环中更容易出现热故障。       

硫化物ISE比氧化物ISE更容易受热。当硫化物ISE与LiNi_xMn_yCo_1-x-yO₂（NMC）阴极组合使用时，在200℃时发生放热反应，这是OLE-LIBs初始TR的典型温度。阴极-SPE界面的热不稳定性与阴极-硫化物SSE的热不稳定性相似。这种热力学不稳定性可能是一个隐藏的安全问题。此外，PEO聚合物的内在可燃性可能会加剧电池燃烧的风险。基于PEO的PEO/双（三氟甲磺酸）亚胺锂（LiTFSI）/30wt%-LLZO和PEO/LiTFSI/30wt%-Al₂O₃复合电解质都能够轻易起火。

图2.典型SSEs的电化学窗口和离子电导率（RT）概述。

因此，电极和SSE之间的界面在温度升高时是不稳定的。任何可能产生热量并引起电池内部热量积累的因素都有可能触发TR。

五、固态锂金属电池（SS-LMBs）的TR问题

5.1.在器件层面研究热行为过程的重要性

SS-LMBs在室温下是安全的，即使电极和SSEs之间的反应在热力学上是可能的。与OLE-LMBs相比（图3a），SS-LMBs由于固-固接触（图3b），其界面要小得多，而SS-LMBs的反应物的可能扩散也较弱，这要归功于阴极的埋藏界面。然而，所有这些优点在高温下可能会消失，因为熔融的Li可以明显地增加反应界面，创造反应物的扩散路径，并导致更快的动力学，串扰和潜在的TR（图3c）。从这个角度来看，应该在不同的温度下研究不同反应的机制和释放的热量，即热行为。

图3.反应物OLE-LMB和SS-LMB在室温下和SS-LMB在高温下的动力学稳定性、界面结构和扩散的示意图。

SS-LMB的初步热安全测试呈现出不同的热释放特性。对于带有OLE和SPE的Li|LiFePO₄软包电池，前者在90~110 °C时自热，而后者在~250 °C时自热，自热速率远低于0.11 °C min^-1（远离TR）。除了较高的自热起始温度（通常由电解质和电极之间的副反应引起），SS-LMB电池的总热量释放通常不到OLE-LMB的一半。很少有研究讨论电池尺寸/容量对其热特性的影响。电池化学和设备结构都会影响电池的热特性。由于SS-LMB的导热性很低，实现均匀的散热是一个挑战；因此，结构设计应该为快速散热而定制。刀片电池（blade battery）的设计可以有效地提高电池的散热能力，这对提高本质安全是有意义的，可以利用到LMB上。

5.2.各种固态电池在器件层面的热行为

下来讨论各种SS-LMB在器件层面可能的热释放。

根据对传统锂离子电池的了解，TR期间释放的总热量不仅包括储存在电极材料中的电化学能量，还包括储存在能量转换过程中惰性材料中的化学能量，如有机溶剂、锂盐、金属集流体和包装材料。对于利用SSE的电池，可以避免OLE的燃烧，而OLE在传统LIB的TR期间贡献了大约20%的总能量。然而，除了电解质的燃烧，电极和SSE之间的一些其他关键放热反应可以产生更大的危害。

锂金属氧化物（LMO，如LiCoO₂或NCM）和硫是SS-LMB的有前途的阴极，电池能量密度超过500Wh kg^-1。LiCoO₂或NMC阴极不能防止氧气或氧气成分的产生，因为在大约200℃的相变，这些成分有可能跨越隔膜到锂金属阳极，产生巨大的热量。在较低的温度下，还原性成分将诱发氧气的进化。在这个意义上，磷化物和硫化物ISE有可能导致放热阴极反应，因为它们在暴露于水时产生还原性气态成分。

经常用于阴极的硫，其熔点很低（112.8℃），甚至在熔点以下也有相当大的蒸汽压力。因此，在SS-LMB暴露在高温下的任何情况下，氧气、氧气成分或硫都可能通过电极的开放边缘、裂缝或缺陷穿过SSE，这些都是由机械滥用或老化过程中产生的，并与LMA发生强烈的反应。我们以前的数据显示，Li-sulfur软包电池最早在90℃启动TR，这比传统的OLE-LIBs大约低50℃。这一结果证明了硫阴极和LMA之间直接反应的危害性。最近，Hewson等人的计算预测，SS-LMB的温度升高可能比OLE-LMB高，因为当电池受到损害时，在较小的质量和体积上产生相同的热量。LMA是支持具有不可燃SSE的LMB中放热或燃烧反应的唯一 "燃料"。在OLE-LIBs中，严重的枝晶物可能发生，并很容易刺穿OLE和传统的隔膜，导致ISC和释放大量的热量。相反，由于高模量和机械强度，SSE可以抑制金属锂枝晶的产生。然而，关于LMA仍有两个主要的安全问题。除了180.5℃以上的熔融锂的大型和极度反应性的液体/固体界面外，锂枝晶的生长和随后的ISC可能在RT产生大量的热量，导致LMB的早期温度上升。锂金属枝晶没有被SSE完全抑制，而是在许多类型的ISE内'生长'，包括陶瓷氧化物、玻璃陶瓷和结晶硫化物，导致裂纹扩散。许多锂枝晶的积累为放热反应产生了一个大的活性区域，然后加速了热量释放。此外，SS-LMBs的老化是一个复杂而全面的过程，导致机械、化学和电化学应力的不断积累，也会导致热量积累和温度升高。

在TR过程中，电池的加热速率主要由不同温度下的反应决定，即产生的热量对温升的贡献。通常情况下，SSE及其与电极的界面在100℃时是稳定的。在任何情况下，如由老化、机械滥用或热滥用引起的ISC，当温度上升到180.5℃时，LMA熔化并与阴极（硫或LMO）发生剧烈反应。对于还原性SSE来说，几乎没有可扩散的外部燃烧，而爆炸可能在更高的温度下发生，并且以固体喷射物质为主。即使使用不会引起巨大ISC的耐热隔膜（SSE），TR仍然会发生，尽管其触发温度更高。这一发现是由于串扰可以使放热反应发生，而设备的加热速度可能达到TR。对于带有硫化物ISE的SS-LMB，H₂S气体的产生，可能是由于TR或机械滥用而暴露在湿气中，导致安全和环境问题。添加剂如CuO可以有效地减少硫化物ISE在空气中产生的H₂S气体。此外，Janek等人发现SO₂是硫代磷酸锂固态电池的气体产物。硫化物SE在高电压下的不稳定性导致其有可能被氧化成S。因此，硫化物SE产生的S可以与O₂反应，释放出SO₂和大量的热量，这可能导致安全问题。

在图4中描述了在6个典型的SS-LMB中可能导致TR的放热反应及其序列（用数字表示为周期）。六个电池与金属氧化物（如LiCoO₂或NMC）或硫阴极和SSE（包括氧化物ISE、硫化物ISE和SPE）相耦合。最初的热量可能是由于Li枝晶物或机械滥用造成的ISC。众所周知，锂枝晶可以沿着ISE的缺陷或裂缝生长，或渗透到SPE中。

来自ISC或外部加热（热滥用）的热量可以促进带电的氧化物阴极产生氧化成分并扩散到LMA。阳极/阴极和SSE之间的还原/氧化反应也都能产生大量的热量。此外，这些还原/氧化反应的副产物提高了电池的内阻，随着恒定电流的通过，产生更多的焦耳热。当温度上升到足够高时，LMA可能会熔化，与ISE反应或流向阴极。带有硫阴极的SS-LMB也有类似的麻烦，熔化的硫可能会到达并与LMA发生反应。

图4.在SS-LMBs中发生的可能的放热反应序列。SS-LMBs是以金属氧化物和硫作为阴极耦合的。氧化物ISE、硫化物ISE和SPE被用作SSE。反应的顺序由循环中的数字来表示。红色火花代表有害的副反应，橙色小火花代表良性反应。

六、调和安全和高能量密度的LMBs的SSE的研究方向

SSEs比OLEs具有内在的热稳定性。然而，SS-LMBs仍然存在潜在的安全隐患。首先，SSEs和电极（高压阴极或LMA）之间的化学不稳定性产生了产生热量的可能性。其次，更重要的是，采用LMA以及循环过程中产生的锂树枝，它们不仅化学性质非常活跃，而且仅在180.5℃时就会熔化，这就消除了固-固界面和埋藏界面的缓慢动力学的优点，并播下了安全失效的种子。

图5.OLE-LIBs和SS-LMBs的定性TR解释。潜在的连锁反应或故障机制由红色和橙色区块表示。

总之，SS-LMB的TR问题是界面处的反应性和LMA的低熔点的直接结果。因此，减缓SS-LMB的TR的策略应该被设计为稳定界面或降低金属锂在高温下的流动性（图5）。阳极或阴极颗粒上的惰性Li⁺导电涂层可以通过阻碍放热反应来提高电池的安全性。构建由两种或更多类型的SSE材料组成的多层SSE，为确保阴极和阳极的稳定界面提供了一种新方法。为了抑制LMA的流动性，应考虑具有高热稳定性的复合LMA或Li合金阳极。例如，Sun等人报告了一种三维Li₅B₄/Li复合材料，其中金属锂被限制在纤维状的Li₅B₄框架中。这种复合阳极可以在325℃的氩气环境中保持其初始结构，而没有熔融的锂的流动。金属锂复合阳极的三维框架不仅可以为熔融的金属锂提供空间约束，而且还可以减少金属锂的含量，以削弱产生的热量。在此，我们注意到，随着三维锂电阳极技术的成熟，需要考虑其未来商业化的SS-LMA应用中的批量一致性和稳定性，以防止ISC引起的大面积的场失效。

此外，更换铝集流体可以大大降低TR期间的最高温度，因为铝集流体通过铝热还原贡献了巨大的热量。对SS-LMB安全性能的研究刚刚开始。SS-LMBs的热失效途径和机制仍然没有定论，需要进一步研究。为了满足SS-LMBs的安全和性能要求，需要更加关注界面反应而不是电池材料的可燃性。此外，安全的电池设计是有吸引力的。化学上稳定的SSEs以及热和化学上稳定的LMA是SS-LMBs安全的有希望的方向。图6中介绍了从电极到电池设备层面的待决问题、研究方法和修改策略。诸如空间映射X射线衍射（XRD）、X射线拉曼散射（XRS）、加速率量热法（ARC）、差示扫描量热法（DSC）和断层扫描法等技术应结合起来，以阐明SS-LMBs动态热过程中的机制。在阴极和SSE之间建立一个稳定的界面层以提高界面热稳定性是目前的一个研究方向。减缓锂枝晶的生长和改善锂和SSE之间的内部界面是改变LMA安全失效可能性的有效途径。具体来说，在面向SSE的阴极和阳极的两侧建立Janus界面可以有效地减少副反应，防止Li枝晶结晶的生长。必须开发具有长耐久性和新颖界面设计的热稳定LMA。为了克服金属锂的低熔点，在高温下束缚金属锂的流动性的三维结构复合阳极是有希望的。

图6.对SS-LMB的安全优点的总结和仍然存在的担忧。悬而未决的问题、研究方法和相应的修改策略将从电极和电池设备层面进行介绍。

亲锂性和金属性（如SiO₂和W）涂层对于提高ISE（如LLZO和LAGP）的Li润湿性很有用。由于这些涂层不仅可以确保均匀的锂沉积和剥离，而且可以延缓SSE中的空隙和裂纹的生长，它们可以提高SSE中枝晶晶体的生长耐受性，进而提高SS-LMBs的安全性。此外，构建由两种或更多类型的SSE材料组成的多层SSE为确保阴极和阳极的稳定界面提供了新的途径。然而，我们注意到，无论是界面涂层还是多层SSE都不能改变SS-LMB在TR期间的热性能。

对于SS-LMB的未来商业应用，包括暴露在空气中的SSE的毒性和串联双极电池的电极之间的一致性等议题都应该被解决。鉴于在SSB的整个生命周期中，锂枝晶生长和SSE渗透的潜在可能性，我们建议社会各界更多地关注SS-LMB在动态应用场景中的安全性，而不是对机械滥用等静态条件的研究。

Safety perceptions of solid-state lithium metal batteries          
eTransportation ( IF 13.661 ) Pub Date : 2023-03-08 , DOI: 10.1016/j.etran.2023.100239          
Li Wang, Zonghai Chen, Yan Liu, Yuan Li, Hao Zhang, Xiangming He