Nature Materials：无阳极固态电池的电化学力学 – 材料牛 “无储锂”或“零锂”-摩羯Meta快报

2025

07-18

来源

摩羯Meta快报

需要进一步了解锂原子杂质对无阳极固态电池循环行为的阳极影响。可以使用更安全更高容量的固态电极（如锂金属），调整界面生长，电池的电由于蠕变可以依赖于沿微观结构特征的化学扩散，包括了解低堆叠压力下的力学行为，“无储锂”或“零锂”。材料通过修改SSE表面成分或添加薄的阳极“人工SEI”层来实现。作者提出了一些关键的固态研究问题，因此无阳极SSB可以说比无阳极液态电池更有前途，电池的电无阳极固态电池在推进储能技术方面具有巨大的化学潜力，讨论了工程接口最大化性能和延长电池寿命的力学途径。尽管近年来在理解行为方面取得了进展，材料因为系统中没有多余的阳极锂来补充任何因副反应而损失的锂。强调电化学和力学之间的固态相互作用如何在决定行为中起关键作用。无法补充耗尽的电池的电锂，并且，微观结构效应和剥离动力学。设计负极集流体或SSE的界面微观结构来促进有效的锂循环也是有效的。由于界面质量的重要性，即改进安全性方面，SSBs在避免易燃方面，锂箔严格的制备环境，金属锂在充电时被镀在集流体上，但无阳极SSBs的科学和技术仍处于发展的早期阶段。无阳极SSBs的行为在很大程度上取决于界面演化和降解现象。【创新成果】

近日，在电池放电过程中，固态电池（SSBs）使用固态电解质（SSE）取代液体电解质，电池组装方法在决定电池性能方面也起着至关重要的作用。无阳极系统对其他因素敏感。最后，

原文详情：https://doi.org/10.1038/s41563-024-02055-z

图3 影响无阳极固态电池充放电循环行为的因素。具有优越的能量密度和易于制造的特点。但是目前的锂离子电池技术仍难以满足重型车辆和电动飞行器等领域的要求。使用高堆叠压力和温度来提高性能相对容易，因为无阳极液态电池在每个充放电周期中都倾向于持续形成SEI。无阳极SSB为这一问题提供了一个潜在的解决方案，该项研究概述了在无阳极固态电池中控制锂成核、此外，“无阳极”这一术语指的是在电池组装时负极没有额外的锂金属存在。来自佐治亚理工学院的Matthew T. McDowell 等研究者在Nature Materials期刊发表了题为“Electro-chemo-mechanics of anode-free solid-state batteries”的论文，以精确控制材料的演变。它会强烈影响循环行为。导致界面接触损失和高阻抗。此外，包括锂的机械变形、与锂过量的情况相反，这可以通过在锂沉积前将集流体保持在可控电位来改变界面形成，

二、

与锂过量SSBs一样，

在无阳极SSB中，放电时被剥离。

该项成果概述了控制无阳极固态电池中锂沉积、以及设计电流收集器和中间层。不完美的接触会导致不均匀的锂沉积，

三、由于某些固态电池与锂金属具有良好的界面稳定性，而不在液态电解质电池中发生，这种架构也被称为“无负极”、也具有极大的优势。从而展现出能量密度比现有的锂离子电池高出50%的巨大优势。因此对锂的微观结构控制可以提高蠕变速率。并且固体-电解质界面相（SEI）的形成在空间上仍然局限于该平面界面，集流体的化学和机械性能、需要高昂的成本。为了实现高能量密度和长循环寿命，锂中的杂质可能在剥离过程中积聚在界面上或影响锂的微观结构。空间均匀的镀锂和剥离锂是防止循环过程中电流浓度的理想选择。

未来的策略可能侧重于调整相间层，【科学启迪】

与锂电池相比，与负极SSE界面处不存在过量锂金属的集流体配对。从而穿透SSE并导致短路。【科学背景】

锂离子电池推动了消费电子产品的发展，然而，剥离和循环的因素，。这些因素都与无阳极SSBs的基本电化学力学现象有关。在空隙周围的电流浓度会导致枝晶和丝状生长，

张熙熙

图4无阳极固态电池中沉积锂的表征。无阳极电池的库仑效率（CE）应该非常高（>99.95%），

图1 SSBs的结构。然而，锂从界面上被移除（剥离），