贺艳兵课题组Angew.：确定固态锂电池中离子传输通量的作用

固态锂金属电池（SSLMB）是高能量密度储能装置的有前途的候选者。然而，仍然缺乏一个评估标准来评估实际研究状况和比较已开发的SSLMB的总体性能。

在此，清华大学深圳国际研究生院贺艳兵教授团队首次提出了一种集成的终端描述概念，即Li+传输通量（𝜙Li+），以综合判断固态电池的性能。这个𝜙Li+定义为一小时内通过电极/电解质界面单位面积的Li+的摩尔数（mol m^-2 h^-1）。可以看出，区域容量和循环速率（时间）是决定𝜙Li+。

显然，增加面积比容量或缩短充电/放电时间可以获得更高的𝜙Li+，需要通过电极、固态电解质和复杂界面进行出色的离子传输。

图1. 固态电池的示意图和提高𝜙Li+的关键策略

为了克服挑战并提高𝜙Li+，应该提高整个SSB构型的离子传输效率，包括电极、电解质和界面。因此，作者强调了提高𝜙Li+的三个方面，包括在复合SSE中构建跨相离子传输网络，在复合电极中建立跨间隙离子传输通道，以及在电解质和电极之间建立跨界面离子传输层。电解液和电极之间建立跨界面离子传输层。

首先，构建具有内在高离子传导性和稳定界面的连续离子传输通道，对于整合厚正极和负极至关重要。有必要设计低迂回的结构，并应用更小尺寸的SSE与更多的暴露表面。

其次，利用不同的材料系统确定复合SSE内部的跨相离子传输机制，对于通过应用先进技术揭示内在瓶颈具有重要意义。提高离子传导性的关键是建立有效的传输网络，减少不同相间离子传输的能量障碍。耦合剂或添加剂可以有效地构建高导电性复合SSEs的界面。第三，电解质和电极之间的界面问题，如接触不良和副反应被描述为最大的挑战。

此外，原位聚合是解决接触问题的有效方法，实现了良好的界面兼容性，简化了电池的组装过程。由于其独特的制造工艺，它也是实现SSBs高𝜙Li+的重要技术。

具体来说，应考虑各种电解质和电极的离子传输能力、化学/电化学稳定性和界面的机械性能。此外，𝜙Li+的新概念将发挥决定性的作用，客观地评估SSB的性能，以促进其工业化生产，因此通过不断努力实现高𝜙Li+即可实现其大规模商业化。

图2. 液体、准固态和固态Li电池的𝜙Li+

Determining the Role of Ion Transport Throughput in Solid-State Lithium Batteries， Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202302586w

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