JACS：全固态锂电池界面的原位纳米可视化！

锂沉积的位置及其在固态电解质（SSE）-锂负极界面的动态演化过程，对全固态电池的性能具有决定性影响。

然而，由于对埋藏界面进行实时纳米尺度观测存在技术挑战，这些过程的纳米级机理至今尚不明确。

2026年1月2日，中国科学院化学研究所文锐、Zhen-Zhen Shen在国际知名期刊Journal of the American Chemical Society发表题为《Tracing Lithophilic Sites: In Situ Nanovisualization of Their Migration and Degradation in All-Solid-State Lithium Batteries》的研究论文，Zhen-Zhen Shen为论文第一作者，文锐、Zhen-Zhen Shen为论文共同通讯作者。

本研究采用原位电化学原子力显微镜技术，直接观测亲锂层调控下的界面演化行为，揭示了两种由界面原位生成固体电解质界面相（SEI）主导的不同失效路径。

原位成像显示：金（Au）层在锂沉积过程中形成Li-Au金属间化合物，引导锂在其表面形成球形沉积，从而减少锂与SSE的直接接触。

这减缓了SSE的分解，形成以Li2S/Li2O为主的惰性SEI，促使后续循环中锂在无SEI覆盖区域发生再沉积；而银（Ag）层则形成Li-Ag固溶体，在沉积过程中始终与SSE保持直接接触，加速了SSE分解，形成以Ag2S为主的亲锂性SEI。

在剥离过程中形成的界面孔隙，使得锂优先在富含SEI且无孔隙的区域再沉积。

这两种亲锂演化路径均导致循环过程中SEI不断累积和界面亲锂性逐步丧失。

通过在Ag层与SSE之间插入Au中间层，可有效抑制SSE分解，阻止亲锂位点迁移，从而提升电池循环性能。

本研究揭示了固态电池中界面退化的根本机制，为设计稳定的金属锂负极提供了新的策略。

全固态电池（ASSBs）采用锂（Li）金属负极，因其高安全性和高能量密度，被认为是有前景的下一代储能系统。然而，锂负极-固态电解质（Li-SSE）界面的动态稳定性仍然是关键性能瓶颈。在锂沉积过程中，锂倾向于在接触电阻低的位置优先沉积。鉴于锂原子的固相扩散速率本质上较慢（~10-10 cm2 s-1），这种优先沉积容易导致局部锂累积和非均匀锂生长。尽管提高外加过电位或外部压力可以增强电化学驱动力或改善接触，从而增加有效锂沉积位点，但随后的剥离过程同样会优先在现有接触点发生反应。这一过程会不可逆地诱导界面处形成空洞，破坏原始接触结构。此外，沉积锂的演化受到其表面原位形成的固态电解质界面相（SEI）理化性质的关键影响。金属锂与SSE之间非保形接触使得原位SEI的形成与演化更加复杂，进一步加剧了界面动态的复杂性。因此，锂沉积起始于空间异质位点，其在循环过程中的后续演化在很大程度上难以预测，给实现整个过程的精确控制带来了重大挑战。

综上，该研究利用原位电化学原子力显微镜（EC-AFM）等先进技术，直接可视化了全固态锂电池中亲锂界面在循环过程中的纳米尺度动态演化行为，揭示了两种典型亲锂金属——金（Au）和银（Ag）截然不同的界面退化机制。

研究发现，Au层在锂沉积过程中形成Li-Au金属间化合物，引导锂以球形方式在其顶部沉积，有效隔绝了锂与固态电解质（SSE）的直接接触，从而减缓了SSE的分解，形成了以惰性的Li2S/Li2O为主的固体电解质界面（SEI）。

然而，在后续剥离-再沉积循环中，这层SEI会包裹住亲锂的Au合金，迫使锂优先在无SEI覆盖的新区域沉积，导致界面接触逐渐丧失。

相比之下，Ag层则形成Li-Ag固溶体，使沉积的锂能持续与SSE保持接触，这虽然促进了均匀沉积，却也加剧了SSE的分解，形成了富含高亲锂性Ag2S的SEI。

但在剥离过程中，界面会形成孔洞，使得再沉积的锂被重新导向至富含SEI且无孔洞的区域。

这两种路径最终都因SEI的不断累积和亲锂位点的迁移或失活，而导致界面性能持续恶化。

为解决这一根本问题，研究者创新性地提出在Ag层与SSE之间插入一层Au作为中间层，成功抑制了SSE的分解，稳定了亲锂位点，显著提升了电池的循环性能。

Tracing Lithophilic Sites: In Situ Nanovisualization of Their Migration and Degradation in All-Solid-State Lithium Batteries,

J. Am. Chem. Soc.

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