图1（a）无缺陷的理想固态电解质具备抑制枝晶生长的潜力；（b）实际固态电解质由于自身缺陷和较差的界面行为，存在严重的金属锂枝晶生长行为。
金属锂负极作为电池领域的“圣杯”电极，有望显著提高电池的能量密度，但严重的枝晶生长问题限制了其实际应用。一般认为，固态电解质的高机械模量，能够有效的抑制金属锂负极的枝晶生长（图1a）。而且，固态电解质具有不燃、不易泄露、宽电压窗口等优异特性，被认为是替代液态电解质的理想材料。但是，随着研究的不断深入，研究者发现，在实际工作的金属锂电池中，由于固态电解质本身的缺陷和不均匀固固界面的存在，使得固态金属锂电池中仍然存在严重的枝晶生长问题。固态电解质中枝晶导致的短路问题可能比液态电解质更加严重（图1b）。
该研究团队首先分析了聚合物材料中的枝晶生长行为。聚合物材料的柔性好，易于大面积制备，已经在商业上有成功的案例。但是由于其离子导率和锂离子迁移数都较低，使得聚合物材料需要在高温下操作，降低了其机械模量。聚合物电解质中的枝晶生长问题较为显著，通过掺杂和复合等策略可以在一定程度上调控锂离子的沉积行为，缓解枝晶的出现。
相比于聚合物电解质，无机固态电解质的机械模量高、离子导率和锂离子迁移数都较高，被认为是理想的抑制枝晶生长材料。但是，无机电解质中的晶界、孔洞、一定的电子导电性、与金属锂差的固固界面接触等原因，使得无机固态电解质仍然存在严重的枝晶生长问题。
该工作通过详细分析固态电解质中金属锂枝晶的生长行为，为固态金属锂电池中的锂离子输运和沉积行为调控提供了新的理解，为实现安全且高效的固态金属锂电池提供了新思路和新方法。
论文详情：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsenergylett.9b02660。
附作者简介：
黄佳琦教授，九三学社社员，2016年9月入职北理工前沿交叉科学研究院并组建课题组开展研究工作，主要开展能源存储材料研究。以第一作者/通讯作者身份，在Advanced Materials，Advanced Functional Materials，Angewandte Chemie International Edition，Energy Storage Materials，Science Bulletin等期刊发表一系列研究工作。其发表论文的总引用10000余次，h因子为62，其中40余篇为ESI高被引论文。
黄佳琦入选2015年首届中国科协青年人才托举计划，获评中国化工学会侯德榜化工科技青年奖，中国颗粒学会青年颗粒学奖，2018-2019年科睿唯安高被引科学家，2019年国家****青年拔尖人才。
