全固態鋰電池正極/電解質界面電阻：從空間電荷層模型到表征及模擬

摘要：采用無機固體電解質的全固態鋰電池以其高安全性和長壽命等優點，已經成為動力電池領域的重要發展方向之一。隨著高室溫離子電導率（大于10?3 S·cm?1）的固體電解質的涌現，鋰離子在其中的遷移動力學問題不再是全固態鋰電池發展的主要瓶頸。相比之下，正極和固體電解質界面處因空間電荷層等復雜效應導致的高界面電阻成為當前急需解決的難題。本文從（電）化學勢及電勢的基本概念出發，對描述正極和固體電解質之間化學勢差異所導致的空間電荷層的理論模型進行嚴格推導，以揭示其影響界面電阻的物理本質。接著，本文從實驗表征和理論模擬角度出發，綜述了當前在觀測空間電荷層狀態、計算正極/固體電解質界面及其體相鋰離子濃度，以及預測界面電阻等方面存在的問題。在此基礎上，本文提出了融合空間電荷層模型、數值模擬以及基于實際正極和固體電解質接觸處費米能級狀態和位置的方法，從而定量評估界面電阻。最后，本文展望了通過優化正極/固體電解質界面來提升全固態鋰電池電化學性能的未來發展趨勢。通過深入理解界面電阻的物理機制，未來可以采用新的材料設計、界面工程等策略來改善全固態鋰電池的性能。這些研究將有助于推動全固態鋰電池技術的發展，實現更高效、更安全的能源存儲解決方案。

關鍵詞：正極；固體電解質；空間電荷層；界面電勢差；界面電阻

中圖分類號：O646