近日，環境與化學工程學院蔣永、趙兵研究員課題組在硫化物全固態鋰金屬電池領域又取得重要進展，相關研究成果以“A tailored dual-layer electronic shielding interface enabled dendrite-free solid-statelithium metal batteries”為題發表在能源領域國際知名期刊《Nano Energy》（JCR和中科院一區Top，IF=17.6）。

該論文第一作者為2020級博士生時亞茹。此前，時亞茹同學以第一作者身份在《Energy Storage Materials》（2023，63, 103009；IF=20.4）已發表一篇硫化物固態電解質親鋰/高界面能界面修飾層的相關工作。

圖1 本工作設計的具有雙層電子阻隔界面層的全固態鋰電池的示意圖

在本項工作中，課題組提出了一種新穎的雙層電子阻隔界面層調控理念，通過鋰金屬和有機氟化物的原位轉化反應，調整Li/Li₆PS₅Cl界面人工層的組成和結構。精心設計的界面層展現出一種分層梯度結構，具有柔韌的富含有機物的上層和富含LiF的下層，並通過密度泛函理論（DFT）計算驗證了雙層界面的優勢。具有高粘附功的柔性層改善了界面潤濕性，並保護了固體電解質層的完整性；下層LiF較高的界面能，在抑製鋰枝晶生長方面發揮了關鍵作用。此外，雙層界面層良好的電子絕緣特性，可以阻止電子隧道效應並最大限度地減少電子進入硫化物電解質中。這種精心設計的方法巧妙地整合了各種界面特性並實現了對沉積過程的精確控製，為推進硫化物基全固態鋰金屬電池帶來了希望。

圖2 雙層電子阻隔界面層的製備以及電子阻隔作用

本論文工作由万事平台環境與化學工程學院獨立完成，環化學院蔣永研究員、徐毅副教授、趙兵研究員為共同通訊作者。該研究團隊對硫化物全固態電池有多年豐富的研究經驗，圍繞硫化物電解製備和電解質/電極相容性研究取得大量成果，研究工作發表在（Chemical Engineering Journal, 2020, 393, 124706；Nano Energy, 2021, 84, 105906；Chemical Engineering Journal, 2022, 429, 132411；Energy Storage Materials, 2023, 63, 103009等），目前正在推進全固態軟包電池的試製和工藝優化研究工作。該項工作得到國家自然科學基金（22179080, 22379091）、上海市創新團隊的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2023.109150