新闻网讯（通讯员 崔灿）近日，我校材料科学与工程学院、材料成形与模具技术国家重点实验室李会巧与翟天佑教授团队在固态锂金属电池领域取得了重要进展，其最新研究成果“全固态电池中不同基底上锂沉积行为的可视化原位研究”（Unlocking the in situ Li plating dynamics and evolution mediated by diverse metallic substrates in all solid-state batteries），采用原位电化学SEM表征技术，首次实现了全固态锂金属电池中，Li在十种金属基底上生长行为的原位实时观察；揭示全固态电池中金属Li的沉积行为规律与沉积基底材料间的内在联系；成功追踪到了锂合金化动态过程的直接可视化实验证据，填补Li合金化动态信息的空白；这为未来有效调控锂金属的生长提供了理论依据，实现了锂沉积行为定性到定量的巨大的飞跃，也为Li原子在金属中的扩散提供了新的见解。
采用不可燃的无机固态电解质替代可燃易挥发的有机电解液，可以从根本上解决电池的安全性问题。Li的沉积行为规律，对电池的性能有着至关重要的影响。然而，现有的报道中均是针对有机电解液体系中。当从液态体系转变到固态体系时，锂离子迁移及沉积的环境将发生巨大变化，从而带来沉积行为规律的变化。在全固态锂金属电池中，人们对金属锂的沉积行为规律理解还是不清晰的，至今并没有出现详细研究报道。因此研究锂金属在固态电池体系中生长行为规律这个课题是至关重要的。目前文献中，大多是通过间接的方法来观测，如电化学曲线，对电池事后拆解观测等，缺乏直观的实时的观测证据。
针对上述问题，李会巧、翟天佑教授团队采用原位电化学SEM表征技术，原位观察全固态电池中金属Li在不同基底上的沉积行为；定量锂金属在不同基底上的生长速度、各个方向生长速度的各向异性比值，以及形核密度等沉积动力学参数；原位电化学SEM及原位电化学XRD表征技术，捕捉Li与金属基底的动态合金化反应过程，阐明对于能够与Li合金化的不同金属基底，其合金化行为（反应方向、反应速率）差异的内在原因；解析全固态电池中金属Li的沉积行为规律与沉积基底材料间的内在联系，并归纳出影响金属Li均匀沉积的关键因素。该工作不仅提供了固态电池系统中锂沉积行为的实时证据，还提供了一个集成的原位电化学SEM研究平台，实现全固态电池中Li沉积行为从定性到定量的突破，并为未来的固态电池设计提供合理指导。
图1原位电化学SEM技术原位观察Li在不同金属基底上的沉积行为
该研究工作于10月28日在国际著名期刊Science Advances上在线发表，华中科技大学为该论文第一完成单位，材料学院博士生崔灿为论文第一作者，李会巧、翟天佑教授为通讯作者。该研究得到国家重点研发计划（2021YFB3800300和2018YFE0206900）、国家自然科学基金（52072138和12172143）和湖北省自然科学基金（2019CFA002）的资助。
文章链接：https://doi.org/10.1126/sciadv.add2000
