近日，环境与化学工程学院蒋永、赵兵研究员课题组在国际知名期刊《Energy Storage Materials》（最新影响因子：20.4）上发表硫化物全固态电池最新研究成果，论文题目为“An optimizing hybrid interface architecture for unleashing the potential of sulfide-based all-solid-state battery”。
近年来，硫化物基全固态锂金属电池由于其潜在的高能量密度受到广泛关注。硫化物固体电解质（LPS）以其高离子电导率和良好机械性能的显著结合而闻名，被认为是最有前景的固态电解质材料。然而，锂金属和硫化物固体电解质之间较大接触电阻和界面反应一直是制约硫化物全固态电池应用的主要挑战。
图1 本工作设计的具有Li-Ga/LiCl (LGC)界面层的全固态锂电池的示意图。
课题组首先通过理论计算提出了一种合理的设计方法来获得稳定的Li/LPS界面，随后采用简单、低成本的策略在Li/LPS之间构建了独特的亲锂/高界面能Li-Ga/LiCl（LGC）界面层，因混合界面中LiCl具有高界面能和电子绝缘性，锂枝晶得以有效的抑制；Li-Ga合金相则具有优异的亲锂性和相对低的扩散势垒，可以提供均匀的电场分布并诱导Li+的快速传导，从而实现Li/LPS界面的致密化、低界面阻抗和全电池优异的循环稳定性。这项工作为实现高性能硫化物固态锂金属电池提供了一种基于理论计算的合理设计方法。
图2 人工混合LGC界面层的设计原理及理论评估
本论文工作由8188威尼斯娱人城环境与工程学院独立完成，环化学院蒋永研究员、徐毅副教授、赵兵研究员为共同通讯作者，第一作者为博士生时亚茹。该项工作得到国家自然科学基金（22179080, 22379091）、上海市创新团队的支持。
赵兵、蒋永课题组作为国内最早针对硫化物全固态电池开展研究的团队之一，近几年围绕硫化物电解制备和电解质/电极相容性研究取得系列成果：液相法宏量制备硫化物固态电解质（Chemical Engineering Journal, 2020, 393, 124706）、阴阳离子掺杂提高离子电导率及空气稳定性（Nano Energy, 2021, 84, 105906）、锂负极保护（Energy Storage Materials, 2023, 54, 885-894.）、锂负极/电解质界面修饰层（Chemical Engineering Journal, 2022, 429, 132411）等。目前正在推进全固态软包电池的试制和工艺优化研究工作。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ensm.2023.103009
