涂江平教授、王秀丽教授，钟宇副研究员ESM：原位复合中间层协同锂离子传输和锂/硫化物固态电解质界面稳定接触

第一作者：高续洪

通讯作者：涂江平*、王秀丽*，钟宇*

单位：浙江大学

硫化物基全固态锂金属电池（ASSLMBs）因其高离子电导率（~10-3 S·cm-1）和优异的界面接触特性，被认为是实现高能量密度（>500 Wh kg-1）储能体系的重要方向。然而，其在负极界面仍面临三大核心问题：界面化学不稳定性，LGPS等硫化物电解质与锂金属发生剧烈副反应，生成含电子导电相（如LiGe），导致持续分解；固-固接触不良，电解质压片存在较高孔隙率，导致局部电流密度集中；锂枝晶生长，不均匀Li+通量和机械强度不足导致枝晶贯穿电解质。当前策略（如合金化、无机涂层）往往只能解决单一问题，难以实现界面接触、离子传输与机械稳定性的协同优化。

近日，浙江大学材料科学与工程学院涂江平教授和王秀丽教授团队在国际知名期刊Energy Storage Materials上发表了题为“In-Situ Composite Interlayer Synergizing Li⁺ Transport and Stable Contact at Li/Sulfide Solid Electrolyte Interface”的研究论文。该工作提出了一种原位构建有机-无机复合界面层的策略，通过在LGPS电解质表面引入含有TEGDMA和LiFSI的前驱体溶液，并在电池组装后进行热聚合反应，在界面处原位形成复合结构。该方法不仅能够填充电解质表面的孔隙，提高界面致密性，还可在循环过程中诱导形成具有梯度结构的固态电解质界面层。其中，有机组分靠近电解质，有助于改善界面接触，而无机组分则富集于靠近锂金属一侧，提供高离子导电性和较高界面能，从而促进均匀沉积并抑制副反应。

该工作通过在LGPS电解质表面引入含TEGDMA与LiFSI的前驱体，并在电池组装后进行热聚合，实现了复合界面层的原位构建。聚合过程中形成的交联聚合物能够有效渗入并填充电解质压片中的孔隙，使原本粗糙且多孔的界面转变为致密连续结构，从而显著改善固-固接触状态。界面粗糙度的降低不仅减少了接触电阻，还消除了局部电流密度集中现象，为后续均匀锂沉积提供了基础。

在循环过程中，LiFSI优先发生还原分解，在界面处原位生成富含LiF和Li3N的无机组分，同时聚合物构成有机相，两者共同形成具有空间梯度分布的复合SEI结构。其中，有机组分主要位于靠近电解质一侧，有助于增强界面柔性接触，而无机组分则富集于锂金属侧，提供高离子电导和较高界面能。这种结构有助于有效降低界面阻抗并抑制持续副反应。

聚合物的引入显著提升了电解质的机械强度，使其杨氏模量由约32 GPa提升至93 GPa，从而在物理层面增强了对锂枝晶的抑制能力。同时，由于孔隙被填充，界面处的Li+通量分布更加均匀。相场模拟与实验结果均表明，PT@LGPS体系中锂沉积更加平整且均匀，而未修饰LGPS则表现出明显的枝晶生长和形貌不均，这说明力学强化与离子输运调控在该体系中形成了有效协同。

基于上述界面结构与机制优化，PT@LGPS体系在电化学性能上表现出显著优势，其对称电池的临界电流密度可达2.3 mA cm⁻2，可实现超过2000小时的对称电池稳定循环，同时全电池体系在多倍率与长循环条件下均表现出优异的容量保持能力。作者通过对比实验进一步证明，仅依赖孔隙填充或SEI调控均难以实现长期稳定运行，只有当界面致密化、机械增强以及LiF/Li₃N富集SEI三者协同作用时，才能从根本上解决硫化物电解质界面的失效问题，这一结论为后续界面设计提供了重要指导意义。

In-Situ Composite Interlayer Synergizing Li⁺ Transport and Stable Contact at Li/Sulfide Solid Electrolyte Interface