近日，我室硕士研究生张家辉、高成伟助理研究员、林常规研究员等在期刊“Advanced Energy Materials（IF= 29.698）”发表了题为“Unveiling the Growth Mechanism of the Interphase between Lithium Metal and Li₂S-P₂S₅-B₂S₃ Solid-State Electrolytes”的论文（Adv. Energy Mater., 13: 2204386.）。文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202204386。

       硫系固态电解质离子电导率高、延展性好且与锂金属负极（3860 mAh g^-1）的相容性好，能实现更高能量密度更安全的全固态电池，得到了学术界和工业界的广泛关注。然而目前硫系固态电解质难以抑制锂枝晶生长，即电池在较高电池下锂枝晶生长会穿透固态电解质并造成内短路，限制了电池的功率密度。

       基于课题组的已完成的工作和现有的报道，我们提出将B作为第二种玻璃网络形成体，这一方面利用混合玻璃网络形成体效应提升离子电导率；另一方面，在电子电导率极低的情况下，B极难与锂金属发生合金化反应，可以阻碍锂枝晶的生长，因此将Li₂S-P₂S₅-B₂S₃固态电解质的临界电池密度提升到创记录的1.65 mA cm^-2。同时为了避免原料易与石英安瓿瓶反应并提高制备效率，本工作先通过高能球磨法将原料转变为中间态，再对其进行短时间的熔融淬冷，结合二者的优势，成功制备了Li₂S-P₂S₅-B₂S₃硫化物固态电解质。

       但Li₂S-P₂S₅-B₂S₃电解质的本征电化学稳定性有限，在与金属锂循环时会生成界面层，该界面层是影响电池性能的重要因素。因此，本工作结合原位拉曼、原位电化学阻抗及XPS分析，提出了“多层马赛克”界面层模型，说明了界面层结构和化学组成的不均匀是其持续生长的主要原因。

图1  固态电解质与锂金属之间的“多层马赛克”界面层模型

图2  Li₂S-P₂S₅、Li₂S-P₂S₅-B₂S₃球磨和球磨-熔融制备的固态电解质临界电池密度。

图3  球磨-熔融法制备Li₂S-P₂S₅-B₂S₃电解质的示意图。