室温下离子电导率超过10 mS·cm-1的无机固体电解质的显著改善为实现固态电池的商业化提供了机会。此外，向易燃固态电池的过渡也预示着固态电池有望成功使用锂金属负极，从而实现高能量密度，而不会有任何安全风险。然而，目前固态锂金属电池的实际运行仍然面临着循环稳定性差、能效低的挑战，这与锂金属的界面稳定性甚至枝晶生长有关。
近日，首尔大学Kisuk Kang全面总结了在固态金属间化合物中实现锂金属负极研究中的最新进展，特别关注了SEs和锂金属的界面及其对电化学性能的影响。
文章要点
1）锂的高活性往往会引起与SE的自发化学反应或电化学反应，从而形成界面层。为了揭示界面的性质，有必要考虑SE与金属锂接触时的详细反应机理，包括反应驱动力和反应产物（即中间相）的稳定性。作者首先总结了最近研究人员为阐明界面现象所做的大量研究，并总结了绕过界面问题的各种方向。
2）与采用液态电解质的传统LiBs的界面不同，SSBs很难保证SEs与锂金属之间有足够的接触面积，这是因为电极和电解质都是固态，往往会导致高的界面电阻。一般来说，两个固体颗粒之间的接触倾向于以点对点的方式形成，这意味着只有界面上的几个点被电化学激发。随后，电流将仅流经界面上的某些有源点，从而潜在地导致高总阻抗。这种由非均匀接触引起的附加界面电阻通常称为电致收缩电阻。作者接下来总结了SE与锂的固-固接触，包括：i）缩小SE与锂金属间的距离；ii）改善锂金属在SE上的润湿性。
3）反复的锂沉积和剥离循环可能会逐渐恶化界面接触，这不利于锂金属负极的长期稳定性。锂金属的不均匀剥离倾向于诱导界面处的空洞，随着反复溶解和沉积，空洞会进一步加剧，导致更高的界面电阻。有趣的是，与沉积过程相比，阻抗主要在锂溶解阶段显著增加，这意味着界面接触随着锂的剥离而恶化，但随着再沉积的进行，界面接触又恢复了。作者总结了锂在反复沉积/剥离过程中的形态变化。
4）在SSLMBs中锂的溶解/沉积过程中，锂金属在电解质上产生高达5.0 GPa的压力，这意味着理想的杨氏模量大于5.0 GPa的SEs可能会抑制锂的生长行为。然而，在实际组装过程中，多晶SE的制备往往伴随着裂纹、纳米孔和晶界等加工缺陷。研究发现，SEs中的缺陷也会影响SSLMBs的电化学稳定性，导致过早的短路失效，如锂金属在SEs中的枝晶生长。
5）近年来研究表明，SEs中的电子传导是导致SSLMBs过早短路失效的原因之一。虽然电池短路被认为是锂树枝晶从一个电极生长到另一个电极造成的，但也可能是由于SE不可忽略的电子传导性导致了SE内部不连续的锂金属形成的演化所致。作者总结了SE中不可忽略的电子传导的研究进展。
6）作者最后对实现高能SSLMBs商业化水平的未来研究方向进行了展望。
参考文献
Kyungho Yoon, et al, Challenges and Strategies towards Practically Feasible Solid-State Lithium Metal Batteries, Adv. Mater. 2021
DOI: 10.1002/adma.202104666
https://doi.org/10.1002/adma.202104666
