近日，昆明理工大学材料科学与工程学院、金属先进凝固成形及装备技术国家地方联合工程研究中心的王飞副教授/严光茂博士在国际顶刊 Energy & Environmental Science 以“Contact Interfaces in Anodes with Large Volume Strain for High-Performance Lithium-Ion Storage”为题，总结了大体积应变负极材料中接触界面的演变过程及失效机理。昆明理工大学为第一作者单位和通讯单位，材料学院博士生严光茂为第一作者，材料学院王飞、中国科学技术大学余彦、霍翰宇为通讯作者。

图1. 大体积应变负极材料及界面分类

硅、锗、锡、磷、金属氧化物及其相关化合物因其高理论容量而成为锂离子电池有前景的材料。然而，锂化和脱锂过程中体积变化大，导致电极粉碎和容量快速衰减，严重阻碍了它们的实际应用。此外，它们固有的低电导率严重限制了电池的性能。为了缓解这些问题，研究者广泛采用了复合策略，如加入缓冲基质和导电碳，从而在电极内构造出复杂的接触界面。在相当大的体积应变下，这些接触界面会不断演变，使得已建立的界面可能会分层，最终导致电池失效。

图2. 本工作对接触工程的未来研究方向进行的展望

在这篇综述中，我们系统地研究了具有显著体积应变的负极材料中接触界面的性质和影响。接触界面分为几何类型以及物理和化学界面，并强调它们的操作演化和与固态电解质界面化学的耦合。我们评估了先进的表征技术，包括操作X射线/中子成像和低温电子显微镜，并列出了表格矩阵，概述了它们各自的能力。此外，我们通过强调多尺度模拟，人工智能辅助以及数据驱动界面工程的新进展，弥合了定性认识和定量设计准则之间的差距。最后，我们提出了一个将实验室尺度战略与工业可扩展性相衔接的路线图，为下一代锂储能系统的合理设计提供了前瞻性框架。

本课题的研究得到了国家自然科学基金、云南省基础研究计划、辽宁省滨海实验室、催化国家重点实验室、中国科学院战略重点研究计划、中国科学院科技制高点和中国高校基本科研业务费专项资金的支持。

DOI：https://doi.org/10.1039/D6EE01264G