石榴石-硫化物复合电解质实现无枝晶高压全固态电池的突破

针对全固态锂金属电池(ASSLBs)中锂枝晶穿透和界面不稳定的关键问题，研究人员通过构建LLZTO改性Li5.5 PS4.5 Cl1.5 (LPSCl1.5 )复合电解质体系，显著提升枝晶抑制能力（7.03 mS cm-1 离子电导率，2.85 V氧化稳定性），实现4.3V高压下1000次稳定循环，为高安全高能量密度储能系统提供新策略。

　　

在能源存储领域，全固态锂金属电池(ASSLBs)被誉为下一代电池技术的"圣杯"，其理论能量密度可达现有锂离子电池的2-3倍。然而这个诱人的前景正被一个微小却致命的敌人所威胁——锂枝晶。这些在充放电过程中随机生长的针状结构，如同电池内部的"暗刃"，不仅会刺穿电解质导致短路，更可能引发热失控甚至爆炸。更棘手的是，在高压(>4V)和大电流工况下，传统硫化物固态电解质(SSE)如Li₁₀
GeP₂
S₁₂
(LGPS)会与锂金属形成混合导电界面，加速电解质的分解和枝晶生长。尽管卤素掺杂的银汞矿型电解质Li_5.5
PS_4.5
Cl_1.5
(LPSCl_1.5
)展现出更好的界面稳定性，但在实际电池工况中仍难以抵抗枝晶穿透。面对这一世界性难题，中国研究人员在《Materials Today Energy》发表突破性成果，通过石榴石-硫化物复合电解质设计，实现了高压无枝晶全固态电池的重大突破。

研究团队采用机械球磨-烧结法制备LLZTO改性LPSCl_1.5
复合电解质，通过X射线衍射(XRD)、电化学阻抗谱(EIS)和同步辐射X射线断层扫描等技术系统表征材料特性，组装LiNi_0.8
Co_0.1
Mn_0.1
O₂
(NCM811)全电池评估电化学性能，结合固体核磁共振(ssNMR)研究界面演化机制。

【Synthesis of composite electrolyte SE】部分显示，通过调控LLZTO掺杂量(5-20 wt%)，10 wt%组分的复合电解质在保持立方相银汞矿结构的同时，离子电导率达7.03 mS cm^-1
，较纯LPSCl_1.5
提升15%。同步辐射成像证实LLZTO颗粒均匀分布在电解质基质中，形成三维离子传输网络。

【Results and discussion】部分揭示：1）电化学稳定性窗口拓展至2.85 V，对称电池在0.5 mA cm^-2
下稳定循环2000小时；2）界面阻抗降低至8 Ω cm²
，原位形成的Li₂
O/Li₃
N界面层促进锂均匀沉积；3）NCM811全电池在4.3V截止电压、2C倍率下实现1000次循环，容量保持率81.3%，突破现有高压ASSLBs的循环寿命纪录。

【Conclusions】部分强调该研究通过"机械增强-界面调控"协同策略：LLZTO颗粒既作为物理屏障阻碍枝晶穿透，又诱导形成稳定界面相；优化的S/Cl比例和Ta掺杂提升LLZTO与LPSCl_1.5
的界面相容性。这项工作不仅阐明高压下枝晶生长的电压依赖性机制，更为开发能量密度>400 Wh kg^-1
的实用化ASSLBs提供普适性设计原则，被审稿人评价为"固态电池界面工程的里程碑式进展"。