随着便携电子设备、电动汽车及大规模储能系统的蓬勃发展，市场对兼具高能量密度、高安全性和长循环寿命的电池需求日益迫切。全固态锂离子电池因采用不可燃固态电解质，从根源上消除热失控风险，且具备宽温域适应性，被视作下一代储能技术的核心方向。其中，硫银锗矿型硫化物固态电解质（例如Li5.5PS4.5Cl0.8Br0.7，简称LPSCB）室温离子电导率优异、机械加工性好，与高镍层状正极NCM83搭配后有望构筑高比能电池体系。然而，两者固固界面存在严重的相容性问题：能带错配阻碍Li⁺迁移，高工作电压触发硫化物电解质的氧化分解，而循环过程中的正极体积胀缩则导致接触失效；尤其在快充工况下，大电流进一步放大上述副反应，造成界面阻抗攀升、功率输出下降及循环寿命衰减。
近日，深圳大学刘光良教授课题组在该界面难题上取得重要突破，相关成果发表于《Advanced Functional Materials》，论文题目为“Interfacial Electronic Structure Regulation via Dual Built‐In Electric Fields in Sulfide Solid Electrolytes”。该论文研究团队提出一种主动式界面电荷调控策略，在LPSCB表面引入亚铁电材料WO2Cl2（WOC）包覆层，利用功函数失配与自发极化的协同效应构筑“双内建电场”，既能加速界面Li+快速输运，又能有效抑制电子渗漏，从而从电子结构层面化解硫化物电解质与高镍正极的界面不兼容问题。深圳大学刘光良教授和李文进助理研究员为论文通讯作者，张若男博士后为论文的第一作者，深圳大学为第一完成单位。
该研究中刘光良教授团队提出了WOC对界面电子与离子传输行为的协同调控。具体而言，WOC具有较高的功函数，当其置于电解质与正极之间时，在两侧分别形成电子迁移驱动力（LPSCB→WOC，NCM83→WOC），从而构筑双内建电场，将电子有效“捕获”于WOC层，阻止其向SSE内部渗透并诱发还原分解。同时，WOC具备本征亚铁电性，其自发极化场可叠加作用于界面，进一步降低Li+的迁移势垒。此外，WOC与NCM83之间反应能较低，可避免引入新的界面副反应。结合多维度实验表征，阐明了WOC的双重作用机制：一方面抑制高压下硫化物电解质的氧化分解，减少高阻抗界面副产物累积；另一方面缓解正极颗粒的机械开裂，显著提升循环稳定性（图1）。该研究表明，界面电子结构调控有望超越传统钝化思路，成为一种普适性的界面设计新范式。
图1 WOC界面电子结构工程策略示意图
项目支持：深圳市科技创新局，深圳市基础研究面上项目，JCYJ20240813142900001，用于高稳定性全固态锂电池的超高镍正极表面氧护栏设计，2024/11/27-2027/11/26，30万，在研，主持
论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.77180
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