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eTrans固态电池文章
Solid
Battery
应用于硫化物全固态电池的
原位预锂化无电解质硅阳极
In-situ prelithiation of electrolyte-free silicon anode for sulfide all-solid-state batteries
研究团队：南京航空航天大学 张校刚教授团队
研究内容：在电池组装过程中采用超薄锂箔对无电解质硅阳极进行原位预锂化，显著提高了硫化物全固态电池的首次库伦效率和能量密度。
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采用超薄锂箔进行原位预锂化的方法，成功制备了应用于全固态电池的无电解质硅阳极。通过构建三电极全固态电池，验证了预锂化硅阳极在动力学方面的改善，显著提高了初始库伦效率。预锂化硅阳极的应用显著提升了全固态电池的性能，可进一步扩展到双极板堆叠的全固态电池中。
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硫化物全固态电池能量密度评估
Practical evaluation of energy densities for sulfide solid-state batteries
研究团队：中科院物理所 李泓 、吴凡教授团队
研究内容：根据商业化电芯中的参数构建计算模型来评估硫化物全固态电池的能量密度，结论为：当硫化物固态电解质层厚度为50 μm时，只有LCO/Li和Li-rich/Li体系有望达到400 Wh/kg和790~820 Wh/L。
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在电芯水平上实现高能量密度的硫化物全固态电池，需要使用金属Li负极、薄固态电解质、高活性材料负载量以及高的面密度。400 Wh/kg的目标对于LCO/Li体系来说，正极中硫化物固态电解质含量需要低于5wt％，Li金属的厚度约为100-110 μm。
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全固态锂电池在设计高性能厚电极
方面的最新进展与展望
Recent progress and perspectives on designing high-performance thick electrodes for all-solid-state lithium batteries
研究团队：加拿大西安大略大学 孙学良院士团队
研究内容：对全固态电池厚电极结构设计的国际最新研究进展进行了全面的评估与总结，并提出高能量密度全固态锂电池的设计和发展路线。
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对于氧化物和聚合物体系，大多数研究通过降低阴极的扭曲度来建立快速的锂离子传输通道；而对于硫化物和卤化物体系，研究重点主要集中在解决界面问题，以提升活性材料的电化学动力学。最后，为了实现高能量密度的全固态电池，需要将厚电极、薄固态电解质层和薄锂负极进行有效耦合。
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原位透射电子显微镜用于理解全固态
锂电池中的材料和界面挑战
In situ transmission electron microscopy for understanding materials and interfaces challenges in all-solid-state lithium batteries
研究团队：厦门大学 张桥保教授团队
研究内容：系统总结了利用原位TEM从纳米及原子尺度动态解析并诠释全固态电池中材料及界面的关键科学问题和最新重大进展，特别是对电极、固态电解质及其界面中发生的反应和降解的实时观察。
原位TEM技术能够在纳米或原子尺度上动态监测材料和界面的演化过程。当原位TEM配备能量色散X射线谱（EDS）、电子能量损失谱（EELS）、扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM）等设备时，可以进一步实现对器件或材料的元素组成、价态变化、电子输运以及力学响应的实时动态分析。同时，通过使用可操控的原位样品台（包括力、热、光、电样品杆）、硅氮化物窗口保护的液态样品池和环境腔体，可以在不同环境下实现多场耦合的原位表征。此外，将电镜技术与机器学习和深度学习等后处理技术相结合，还能够获得更加深入的材料信息。
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全面总结外压力对全固态电池性能的影响
A review of the effect of external pressure on all-solid-state batteries
研究团队：燕山大学 黄建宇、张利强老师团队
研究内容：综述了近年来外加压力对全固态电池性能的影响，对外压力影响电极、电解质材料以及电极-电解质界面进行了系统分析。指出，外压力的引入是提高全固态电池有效接触面积和延长循环寿命的重要途径。
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全固态电池具有理论能量密度高、安全等优点。然而，电极与固态电解质之间“固-固”接触的限制严重阻碍了界面离子传输；引入外部压力可以有效降低“固-固”接触电阻，延长电池的循环寿命。此外，高堆叠压力可以抑制高能量密度合金电极的化学机械失效；不同的材料和电池系统对外部压力需求也有异同。
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固态电池2035+：面向更好的电池
Toward better batteries: Solid-state battery roadmap 2035+
研究团队：中国科学院物理研究所 吴凡研究员团队
研究内容：以最新视角评估了欧洲固态电池3025+路线图的主要内容，并对我国固态电池的未来发展提出建议。
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固态电池的优势近年来备受关注，相关研究呈现出爆发式增长。然而，商用固态电池技术尚未成熟，仍有许多问题需要深入研究和解决。尽管路线图表明固态电池具有巨大的潜力，但在未来五年内必须证明其商业可行性。为加速固态电池的全面发展，建议通过统一规划、政府持续资助以及整个电池领域的跨部门联合研究，推动这一技术更快、更深入地进步。
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熔融锂金属固态电池新型正极开发
Molten lithium metal battery with Li4Ti5O12 cathode and solid electrolyte
研究团队：清华大学 伍晖教授团队
研究内容：在熔融锂金属固态电池体系中首次引入Li4Ti5O12作为正极材料，展示了Li4Ti5O12在高温工作环境下优异的安全性、能量效率和倍率性能。
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创新性地引入 Li4Ti5O12 作为正极材料，拓宽了熔融锂金属固态电池的正极选择多样性；所组装的全电池在280 °C、5 mA·cm-1下循环100圈，能量效率高达92 %；在冷却和再次加热后可恢复正常工作状态。
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高电导、高稳定性硫化物固态电解质
Two-step sintering of sulfide solid electrolyte with improved electrochemical properties for all-solid-state lithium batteries
研究团队：哈尔滨工业大学 慈立杰教授团队
研究内容：哈尔滨工业大学的慈立杰教授团队开展了硫化物电解质的制备研究，通过二次烧结，固体电解质内部的颗粒接触紧密，气孔和裂纹减少，提高了离子导电率和抑制锂树枝晶的能力。
获得了具有良好界面相容性和高离子导电性的硫化物固体电解质，得到的电解质与金属锂具有良好的界面相容性(＞1000 h)和提高的临界电流密度(1.05 mA·cm-2)，全固态电池在室温下0.1 C循环100次，放电容量高达160 mAh·g-1，稳定性高达90.4 %。
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固态电池安全性探究
Safety perceptions of solid-state lithium metal batteries
研究团队：清华大学 何向明、王莉研究员团队
研究内容：综述了近年来关于固态锂金属电池安全性的研究，系统地分析和讨论了其存在的安全性问题。尽管研究取得了一定进展，但固态锂金属电池能否足够安全以满足新兴需求仍存在不确定性。
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高比能固态锂金属电池面临诸多安全挑战，如界面热失稳、电解质中的锂枝晶生长、锂金属熔融以及与正极之间的串扰反应。为了应对这些问题，提升固态锂金属电池安全性的策略应主要集中在两个方面：构建更加稳定的界面、降低金属锂在高温下熔融后的流动性。
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硫化物全固态电池复合正极设计
Design of composite cathodes for sulfide-based all-solid-state batteries
研究团队：浙江大学 梁成都教授团队
研究内容：从离子/电子输运网络、化学机械性能以及（电）化学兼容性等方面，系统总结了硫化物固态电池复合正极设计中的关键因素，并阐述了电极设计的基本原则。
复合正极设计面临的三大挑战是固态电荷转移动力学迟缓、化学机械失效以及（电）化学兼容性问题，这些因素需要综合考虑并阐明其相互关联性。
电极的微观结构和制备工艺直接影响复合正极中的离子/电子传输路径以及电化学反应动力学，因此需要进行系统性的设计。在复合正极中，提高电子导电性和抑制固态电解质（SEs）分解之间存在矛盾，而分离离子/电子传导路径是一种有效的解决方案。
针对复合正极的化学机械问题，迫切需要开发高性能粘结剂，具有良好离子/电子导电性的聚合物粘结剂是理想选择。此外，建立包含电化学和热力学参数的新型微结构模型，以模拟全固态电池（ASSBs）中复杂的多场耦合现象，将有助于优化电极的设计过程。
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岛状非晶LZO涂层和PVDF-HFP粘结剂
助力高性能硫化物全固态电池
Scalable wet-slurry fabrication of sheet-type electrodes for sulfide all-solid-state batteries and performance enhancement via optimization of Ni-rich cathode coating layer
研究团队：中国科学院 武建飞教授团队
研究内容：开展了硫化物全固态电池的性能研究，发现了岛状非晶LZO涂层显著促进了NCA和硫化物电解质之间界面处的锂离子传输，提高了NCA正极的倍率和循环性能。
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另外发现在湿法浆料工艺中采用PVDF-HFP粘结剂，可以缓解反复充放电时应力的积累，保持正极的电化学机械稳定性。具有高质量负载的湿浆料正极在0.64 C倍率下的初始面积容量为2.936 mAh·cm-2，并且在室温下循环1000次后容量保持率为69.93 %。
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有机正极原位包覆碳纳米管助力
硫化物全固态锂金属电池
In-situ CNT-loaded organic cathodes for sulfide all-solid-state Li metal batteries
研究团队：中科院物理所 李泓、吴凡教授团队
研究内容：采用碳纳米管CNT原位包覆有机正极 Li4C8H2O6 ，提高电极的电子电导率、倍率性能、活性材料利用率，并能有效抑制硫化物SE的电化学副反应。
Li4C8H2O6 原位包覆碳纳米管CNT可提高有机正极Li4C8H2O6 材料利用率，同时减少CNT与硫化物SE的接触，从而减少硫化物SE的副反应。
Li4C8H2O6 @CNT电极在0.1 C时，有 200.3mAh·g-1的高容量，活性材料利用率高达83.4 %；在40 wt.% 的高正极负载和1 C高倍率下实现85.9 mAh·g-1的高比容量。
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用于固态锂金属电池的分子级调控
聚合物电解质：机理与展望
Molecular regulated polymer electrolytes for solid-state lithium metal batteries: Mechanisms and future prospects
研究团队：华中科技大学 黄云辉、许恒辉教授团队
研究内容：综述了基于分子水平调控聚合物电解质（SPEs）的最新进展，总结了SPEs的分子级调控机理，并对分子级调控SPEs提出展望。
分子级调控方法主要包括分子链设计、可溶性添加剂和分子间相互作用调控。分子链设计涉及构建交联网络和接枝官能团，这可以降低聚合物的结晶度并提高机械强度，但仍需更精确地控制聚合度，并寻找合适的组合。可溶性添加剂则可以调节分子间的作用力，简单有效地改善聚合物性能，但需要提高添加剂的溶解度，并防止其与锂金属负极发生副反应。至于分子间相互作用，主要包括氢键、离子偶极作用和Lewis酸碱相互作用等。通过调控这些相互作用，可以提高锂离子（Li⁺）的迁移数并促进其解离，但仍需增强与锂金属负极的兼容性，并设计更简单高效的制备策略。
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硫化物全固态电池面临的挑战与机遇
Challenges and opportunities of practical sulfide-based all-solid-state batteries
研究团队：清华大学 欧阳明高院士团队
研究内容：从材料、界面、复合电极和单体电芯层面，对硫化物全固态电池技术最新研究进展、其实际应用所面临的关键问题与挑战进行了全面综述。
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总结了硫化物全固态电池规模化生产的几种制造工艺以及龙头企业现有的硫化物全固态电池量产时间表。进一步分析总结了面对全固态电池的现有挑战和未来机遇，并对未来研究与发展方向进行了展望与讨论。欧阳明高院士团队呼吁全球范围内高校/研究机构、电芯/设备/汽车制造商、材料供应商等各界开展深度合作，共同努力推动全固态动力电池技术的发展。
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国际交通电动化杂志
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