據(jù)外媒報(bào)道，東京工業(yè)大學(xué)（Tokyo Tech）、日本國(guó)家先進(jìn)工業(yè)科學(xué)技術(shù)研究所(AIST)和山形大學(xué)（Yamagata University）的研究人員提出一項(xiàng)恢復(fù)全固態(tài)電池低電阻的策略。這使該類電池離成為主流電源又邁進(jìn)了一步，有望應(yīng)用于下一代電動(dòng)汽車和電子產(chǎn)品。研究人員還探討其中潛在的電阻降低機(jī)制，以進(jìn)一步了解全固態(tài)鋰電池的基本工作原理。

 

 

（圖片來源：東京工業(yè)大學(xué)）

 

全固態(tài)鋰電池是材料科學(xué)與工程領(lǐng)域的新趨勢(shì)，傳統(tǒng)鋰離子電池?zé)o法滿足電動(dòng)汽車等領(lǐng)先技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，如高能量密度、快速充電和長(zhǎng)循環(huán)壽命。全固態(tài)電池采用固態(tài)電解質(zhì)，而不是傳統(tǒng)電池中的液體電解質(zhì)，不僅符合相關(guān)要求，而且可在短時(shí)間內(nèi)完成充電，相對(duì)來說比較安全、方便。

 

然而，固態(tài)電解質(zhì)也存在一定的局限性。事實(shí)證明，正極和固態(tài)電解質(zhì)之間的界面表現(xiàn)出較大的電阻，其原因尚不清楚。此外，當(dāng)電極表面暴露于空氣中時(shí)，電阻會(huì)增長(zhǎng)，影響電池的容量和性能。研究人員采取過一些措施來降低電阻，但均未將其成功降至10Ωcm2以下，即未暴露于空氣時(shí)報(bào)告的界面電阻值。

 

在最近的研究中，由東京工業(yè)大學(xué)研究人員領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，可能終于解決了這個(gè)問題。研究人員提出了一種恢復(fù)界面低電阻的策略并展示相關(guān)機(jī)制，為制造高性能全固態(tài)電池的提供了寶貴的見解。首先，該團(tuán)隊(duì)準(zhǔn)備了由鋰負(fù)極、LiCoO2正極和Li3PO4固體電解質(zhì)組成的薄膜電池。在制作完成電池之前，研究人員將LiCoO2表面暴露在空氣、氮?dú)?N2)、氧氣(O2)、二氧化碳(CO2)、氫氣(H2)、水蒸氣(H2O)中，持續(xù)30分鐘。

 

令人驚奇的是，研究人員發(fā)現(xiàn)，與未暴露的電池相比，暴露在N2、O2、CO2和H2環(huán)境下的電池性能并沒有下降。Hitosugi教授表示：“只有水蒸汽會(huì)嚴(yán)重影響Li3PO4-LiCoO2 界面，并大幅提高電阻，達(dá)到未暴露界面的10倍以上。”

 

接下來，該團(tuán)隊(duì)進(jìn)行“退火”過程，在150°C下對(duì)樣品進(jìn)行熱處理一小時(shí)。令人驚訝的是，這使電阻降至10.3Ωcm2，與未暴露的電池相當(dāng)。

 

研究小組隨后進(jìn)行數(shù)值模擬和尖端測(cè)量。結(jié)果顯示，這可能是因?yàn)樵谕嘶疬^程中，結(jié)合在LiCoO2結(jié)構(gòu)內(nèi)的質(zhì)子自發(fā)脫嵌，從而導(dǎo)致電阻降低。

 

Hitosugi表示：“研究表明，在電阻恢復(fù)過程中，LiCoO2結(jié)構(gòu)中的質(zhì)子發(fā)揮了重要作用。研究人員希望，闡明這些界面微觀過程，將有助于擴(kuò)大全固態(tài)電池的應(yīng)用潛力。”