近日，厦门大学材料学院、固体表面物理化学国家重点实验室的王鸣生教授团队联合中山大学、哈尔滨工业大学的专家团队，在国际学术期刊《Science Advances》上发表了一项关于固态电池界面问题的重要研究成果。该研究首次通过原位观测技术揭示了锂金属与固态电解质界面孔洞的演变规律，并提出了抑制孔洞形成的新机制，为研发高效稳定的固态锂电池提供了关键科学依据。

  论文通讯作者王鸣生介绍，采用锂金属作为负极的固态电池被视为下一代安全、高比能储能技术的理想选择。固态锂金属电池在正常放电时，锂金属会在其与固态电解质的界面处发生剥离。目前普遍面临的一个问题是锂负极在剥离过程中容易在该界面处产生孔洞，导致电池性能迅速衰减，这也是固态电池有别于液态电池的根本性难题。这些界面孔洞如同电池内部的“隐形杀手”，不仅造成电池内阻激增，还会诱发锂枝晶生长，威胁电池安全。尽管科学界长期关注这一问题，但受限于技术手段，界面孔洞如何产生、演化及其与电化学行为的关联仍不明确。

  图为研究发现的锂金属的两种剥离模式：“非均匀剥离”和“逐层剥离”

  鉴于此，研究团队创新性地在透射电子显微镜（TEM）中构建了一种微米级固态电池，并原位观察了该电池的充放电过程。通过高时空分辨成像技术，他们首次捕捉到锂金属溶出时界面孔洞从成核、生长到回填的全过程，并同步记录了电池的电压响应曲线。实验发现，锂金属的剥离存在两种截然不同的模式：一种是伴随孔洞生长的“非均匀剥离”，另一种是保持紧密接触的“逐层剥离”。后者在特定条件下可实现近乎无孔洞产生的稳定溶出，从而保障电池正常运行。以此为基础，该团队演示了世界上最小的可多次循环的固态锂金属对称电池。

  研究进一步揭示了孔洞形成的“偏好区域”——固态电解质表面的晶界和污染物。团队通过相场模拟和分子动力学计算，阐明了这些缺陷导致局部电场集中和锂原子扩散速率差异的机制，为界面优化提供了理论指导。此外，传统观点认为，施加外部压力可导致锂金属的塑性变，从而抑制孔洞生长。而该研究发现，局部区域的锂金属通过“逐层剥离”（而无需塑性变形）也能抑制孔洞生长，这种新机制为无压力或低压力固态电池的设计开发提供了新思路。

  王鸣生教授表示，该研究建立的原位电镜表征方法较为简单便捷，可推广至其他固态电池体系（如硫化物电解质基或硅基固态电池）的表征，为界面问题的研究提供了通用工具。此外，所揭示的界面动态规律和抑制策略，可有效指导高性能固态电池的材料设计与器件优化，为其产业化进程提供助力。（李瑞）