近日，福州大学材料科学与工程学院、新能源材料与工程研究院在固态锂金属电池研究方面取得重要阶段性进展，相关成果以“Novel ‘Sandwich’ Configuration with ALD-Coating Layers on Electrode/Electrolyte Interfaces for Durable All-Solid-State Lithium Metal Batteries with High-Voltage Cathodes”为题，发表于材料类国际知名期刊《Energy Materials》（影响因子11.8，JCR 1区）。

全固态电池“三明治”双界面结构设计

固态锂金属电池（SSLMBs）采用固态电解质替换传统商用锂离子电池中具有挥发性的有机液态电解质并匹配锂金属负极，可以有效提高电池的能量密度和安全性，相关研究受到了学术界和工业界的广泛关注。作为固态电池的重要组成部分，固态电解质（SSE）的研究尤为关键。其中，固体聚合物电解质（SPEs）由于具备低成本、灵活性、可扩展性、轻量化以及与电极之间的良好界面兼容性等优势，被认为是具有商业化前景的重要选择。然而，SPEs与电极界面的机械和电化学稳定性不足的问题严重限制该类电解质在固态电池中的进一步应用。

具体看来，以聚环氧乙烷（PEO）基固态电解质为代表的SPEs在电压高于3.9 V（vs Li⁺/Li）时会发生氧化分解，难以匹配高电压正极（例如LiNi₀.₈Co₀.₁Mn₀.₁O₂, NCM811）以提升电池能量密度。此外，该类SPEs与锂金属负极界面处容易产生枝晶，会进一步导致电池短路以及后续的热失控等安全性问题。因此，亟需通过材料开发或结构设计同时改善两侧电极/电解质的界面稳定性问题。将无机陶瓷与聚合物材料相结合形成复合固态电解质（CSSE）已被认可是开发全固态电池电解质的有效路径，在此基础上进一步进行电解质/电极界面修饰，有望解决上述界面稳定性问题。目前利用原子层沉积（ALD）技术同时解决CSSE两侧界面稳定性问题的研究还尚未报道。

基于此，本研究采用ALD技术同时对复合固态电解质（LLZO/PEO/LiTFSI）两侧的电极界面进行涂层修饰（Alucone层），成功构筑了“三明治”结构双界面修饰的全固态锂金属电池，同时实现对锂金属负极（LMA）和高电压正极（NCM811）的界面保护。与未经涂层保护的电池相比，本研究中的ALD涂层能够显著提高电解质在高电压条件下的抗氧化能力，明显提升了电解质与富镍高压正极（NCM811）之间的电化学稳定性；同时ALD涂层作为锂金属负极的保护屏障，还能显著抑制锂枝晶的生长。基于上述“三明治”结构双界面设计，所装配的全固态锂金属电池表现出高容量保持率和长循环寿命的优异性能。这项工作为构建电极/电解质的稳定界面提供了一种有效的策略，也为能源存储与转换领域的材料与结构开发提供了设计思路。

该论文第一作者为22级硕士生陈国辉，第二作者为22级硕士生刘翔。福州大学材料科学与工程学院、新能源材料与工程研究院为第一单位。论文得到福州大学郑云教授、颜蔚教授、张久俊院士的共同指导，获得国家自然科学基金外国学者研究基金项目、福建省中青年教师教育科研项目、福建省自然科学基金面上项目、福州大学材料科学与工程学院一流学科培优项目等支持。