近日，北京理工大学前沿交叉科学研究院黄佳琦课题组在材料类顶级国际期刊《Advanced Energy Materials》（《先进能源材料》，影响因子25.245）发表了题为《Toward the Scale-Up of Solid-State Lithium Metal Batteries: The Gaps between Lab-Level Cells and Practical Large-Format Batteries》的综述文章，聚焦固态电解质锂金属电池的实用化瓶颈。本文的通讯作者为北京理工大学前沿交叉科学研究院黄佳琦教授，第一作者为北京理工大学材料学院/前沿交叉科学研究院博士研究生徐磊。

固態電解質由于具備高穩定性、低可燃性、無泄漏和爆炸危險等優點，是取代傳統可燃電解質實現高安全性锂電池的不二之選。同時，具有寬電化學窗口和高機械強度的固態電解質能夠充分發揮锂金屬負極和高壓正極的優勢，實現高安全性高能量密度锂金屬電池的構建。然而，目前實驗室級別的研究結果難以完全支撐固態電池應用化的需求，相較于可實用體系電池仍存在一定的差距。

图1. 固态电解质与固态电池的发展历程

文章簡要回顧了固態電解質的發展曆程（如圖1所示），總結了近年來固態電解質及其在锂金屬電池中的應用，強調了固態電解質锂金屬電池實現高能量密度、高安全性的巨大潛力。文章指出目前實驗室級別的研究通常在較爲溫和的條件下進行評測，一些先進的指導性策略難以在實用化系統電池中發揮效用。相較于實用化軟包電池，實驗室模型體系級別的電池在結構、材料制備、電池裝配和評測過程中存在很大的體系差異。因此，對固態電池放大過程中科學問題的深入理解，以及將實驗室級別的策略與大規模生産技術的結合，是實現固態電解質锂金屬電池實用化的關鍵。

图2. 固态电解质锂金属电池从模型体系放大过程中面临主要挑战

文章從固態電解質、正極、負極和電池構型四個方面出發，詳細論述了其放大過程中存在的挑戰和未來的機遇，歸納了電池放大過程中存在的共性問題和主要差異（圖2）。重點討論了工業化生産條件下，固態锂金屬電池各組分在結構、制備和組裝過程中的具體要求。著重強調了其中極具潛力的發展方向，如幹電極制備方法、正極支撐的電池裝配法和基于疊片技術的雙電極技術方案等。論文還指出軟包電池制備工藝與固態電解質兼容性好，可能有利于發揮固態電池高能量密度的優勢。該綜述有望爲今後固態電解質的研究和電池制造技術的開發提供參考。

附作者簡介：

黄佳琦，北京理工大学前沿交叉科学研究院教授，博士生导师，九三学社社员。主要开展高比能电池能源化学研究。在Angew. Chem. Int. Ed., J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Adv. Funct. Mater., Sci. Bull.等期刊发表研究工作100余篇，h因子为77，其中50余篇为ESI高被引论文。入选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，2018-2020年科睿唯安高被引科学家等。

论文详情：Lei Xu, Yang Lu, Chen‐Zi Zhao, Hong Yuan, Gao‐Long Zhu, Li‐Peng Hou, Qiang Zhang, Jia‐Qi Huang*. Toward the Scale‐Up of Solid‐State Lithium Metal Batteries: The Gaps between Lab‐Level Cells and Practical Large‐Format Batteries, Advanced Energy Materials, 2020, 2002360.

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.202002360