碘化锂对于固态电池 “固 - 固界面接触难题” 界面工程的改善作用

首先说结论：碘化锂界面工程通过动态自适应界面调控，从离子传输、界面接触、化学稳定性三个维度全面改善固态电池界面性能，使界面阻抗降低 80%-90%，循环寿命提升 3-5 倍，锂枝晶生长得到有效抑制，环境稳定性提升 10 倍，为固态电池商业化进程提供了关键技术支撑。对于硫化物路线的固态电池来说，碘化锂是必不可少的，而有能力量产并且在实质性推进的唯有一家，那就是博苑，也是整个大A唯一的一家！

那我们再来分析固态电池最核心也是最致命的问题：固 - 固界面接触难题

1. 界面接触难题的本质：固 - 固接触 vs 固 - 液接触

固态电池与传统液态锂电池的核心差异在于电解质形态，这直接导致了界面接触方式的根本性转变：

固 - 液接触（液态电池）：电解液自动浸润电极表面，形成连续、紧密的面接触，界面阻抗低（<10 Ω・cm²），自适应能力强，离子传输效率高，锂离子通过液态通道快速迁移；

固 - 固接触（固态电池）：刚性电解质与电极颗粒间仅能形成有限的点接触或线接触，界面阻抗极高（100-10000 Ω・cm²），无自适应能力，离子传输效率低，锂离子需克服界面势垒与传输阻力；

固态电解质无法像液态电解液那样 "流进" 电极材料的微孔结构，导致有效接触面积不足理论面积的 30%，成为离子传输的主要瓶颈。

2. 界面接触难题的四大核心表现

（1）界面阻抗呈指数级增长，引发严重极化损失

空间电荷层形成：由于电解质与电极间锂化学势差异，锂离子从电解质迁移至电极，形成锂离子耗尽层，导致界面电位偏移，局部离子电导率降低 80% 以上

界面反应产物堆积：电解质与电极间的副反应生成 Li₂O、Li₃P 等绝缘相，进一步增大界面阻抗

实测数据：硫化物电解质 / Li 界面阻抗可达 500 Ω・cm²，氧化物电解质 / Li 界面阻抗更是高达 2000 Ω・cm²，远高于液态电池（<5 Ω・cm²）

（2）充放电循环引发界面机械失效，形成恶性循环

体积变化失配：正极材料（如三元材料）体积变化率达 5%-8%，锂金属负极体积变化率更高（300% 以上），而固态电解质刚性强、形变能力差

界面剥离与空洞：循环过程中电极材料膨胀 / 收缩导致界面分离，形成微裂缝与空洞，界面阻抗随循环次数呈线性上升

失效过程三阶段： 初始阶段：接触点有限，界面阻抗高 循环阶段：体积变化导致接触损失，阻抗持续上升 失效阶段：界面完全剥离，电池容量骤降，库伦效率低于 80%

（3）锂枝晶生长风险加剧，触发安全隐患

局部电流密度集中：界面接触不均匀导致锂离子在少数接触点过度沉积，形成枝晶核

枝晶穿透风险：固态电解质虽机械强度高于隔膜，但循环中形成的微裂缝为枝晶生长提供通道，可能穿透电解质引发内部短路

副反应循环：锂枝晶与电解质持续反应，生成更多绝缘产物，进一步恶化界面接触，加速枝晶生长

（4）副反应频发，界面稳定性持续恶化

热力学不兼容：锂金属负极的低氧化还原电位（-3.04V vs SHE）易引发电解质还原分解，如硫化物电解质被还原为 Li₂S 和 Li₃P，氧化物电解质被还原为 Li₂O

电化学不稳定性：高电压正极（>4.0V）易氧化分解硫化物电解质，生成 SO₂等气体，导致界面失效

环境敏感性：硫化物电解质遇水释放剧毒 H₂S，且与空气中的氧气反应，进一步加剧界面不稳定性

碘化锂（LiI）：固态电池界面工程的突破性解决方案

1. 碘化锂界面工程的核心原理：动态自适应界面调控

中科院物理所黄学杰团队提出的碘离子调控技术，核心在于将碘离子作为 "固态界面活性剂"，实现离子预制 + 迁移的动态界面工程：

预制阶段：在固态电解质（如 Li₃PS₄）中掺杂 5%-15% 的 LiI，碘离子均匀分散在电解质体相中

迁移阶段：电池首次充电时，电场驱动带负电的碘离子定向迁移至电极 - 电解质界面，形成50-100nm 厚的富碘界面层

自适应阶段：富碘界面层主动填充界面缝隙与孔洞，持续维持紧密接触，即使在体积变化时也能动态修复界面

这种机制被形象地称为 "自动填缝剂"，从根本上解决了固态电池界面接触的静态与动态问题。

2. 碘化锂对界面工程的五大突破性改善

（1）界面阻抗断崖式下降，降低 90% 以上

富碘界面层的高离子导电性：碘离子半径大（216 pm），能在界面形成连续的离子传输通道，降低锂离子迁移能垒从 0.7 eV 至 0.35 eV 以下

抑制空间电荷层：碘离子的高电子亲和性平衡界面电荷分布，减少锂离子耗尽层厚度，使界面阻抗从 500 Ω・cm² 降至 30-50 Ω・cm²

实验验证：中科院物理所团队在 Li₃PS₄-LiI/Li 电池中，界面阻抗降低 85%，电池极化损失减少 60%，1C 倍率下容量提升 40%

（2）动态界面修复，循环稳定性提升 3-5 倍

自适应体积变化：富碘界面层具有一定的塑性变形能力，能随电极体积变化而形变，避免界面剥离

抑制空洞形成：碘离子吸附锂离子，促进均匀沉积，减少锂剥离时的空洞生成，使界面在 1000 次循环后仍保持紧密接触

实测数据：天津大学团队在全固态锂 - 硒电池中使用 6N 高纯度 LiI，1C 倍率下循环 1800 次后容量保持率达 862 mAh/g（硒负载量 5.0 mg/cm²），而未添加 LiI 的电池仅循环 300 次后容量降至 500 mAh/g 以下

（3）锂枝晶生长被有效抑制，安全性能显著提升

增强锂亲和性（lithiophilicity）：DFT 计算表明，碘元素对锂的结合能达 - 2.3 eV，远高于硫元素（-1.5 eV），促进锂离子均匀分布，减少局部电流集中

形成物理屏障：富碘界面层的机械强度高于纯电解质，能有效阻挡锂枝晶穿透，降低短路风险

原位光学成像验证：含碘电解质表面锂沉积更均匀，无明显枝晶形成，而不含碘的电解质表面出现大量枝晶，100 次循环后即发生短路

（4）环境稳定性革命性增强，降低量产难度

抑制 H₂S 释放：碘离子与硫化物形成更稳定的化学键（如 Li₂S-LiI 复合物），降低与水分反应活性，H₂S 释放量减少 90%

增强抗氧化能力：富碘界面层阻止氧气与电解质接触，使硫化物电解质在空气中稳定性提升 10 倍，可在湿度 < 40% 的环境中暴露 12 小时而性能无明显下降

简化生产流程：减少对惰性气氛的依赖，降低设备投资与生产成本，良率从 40% 提升至 65% 以上

（5）低温性能改善，拓展应用场景

降低离子迁移能垒：LiI 掺杂降低固态电解质的离子迁移能垒，使 - 20℃时离子电导率提升 2 个数量级（从 10⁻⁸ S/cm 至 10⁻⁶ S/cm）

改善界面接触：低温下富碘界面层仍保持良好的润湿性，减少界面阻抗的急剧增加，使 - 10℃时容量衰减从 35% 降至 15%

3. 碘化锂界面工程的作用机制深度解析

（1）离子调控机制：晶格结构优化与离子传输通道拓展

晶格畸变效应：LiI 掺杂使硫化物电解质（如 Li₃PS₄）的晶格参数增大 5%-8%，扩大锂离子传输通道，提高体相离子电导率 30%-50%

双离子传导：碘离子迁移能垒与锂离子接近（0.4 eV vs 0.38 eV），实现可控的阴离子 - 阳离子协同传输，平衡界面电荷分布，减少极化

（2）界面重构机制：从 "点接触" 到 "伪液态面接触"

富碘界面层的形成：电场驱动碘离子迁移至界面，形成厚度均匀的无定形层，该层兼具固态电解质的稳定性与液态电解液的润湿性

界面润湿性提升：碘离子的高表面活性降低界面张力，使电解质与电极间的接触角从 90° 降至 30° 以下，有效接触面积从 30% 提升至 85% 以上

（3）化学稳定性增强机制：形成稳定的界面相

界面保护层：富碘界面层作为物理屏障，阻止电解质与电极间的直接接触，减少副反应发生

形成稳定复合物：碘离子与硫化物反应生成 Li₂S-LiI-P₂S₅复合相，该相化学性质稳定，既不与锂金属反应，也不与高电压正极反应$博苑股份(SZ301617)$ $先导智能(SZ300450)$ $宁德时代(SZ300750)$