蓋世汽車訊 全固態(tài)鋰電池已成為材料科學(xué)與工程的新熱潮，而傳統(tǒng)鋰離子電池已無法滿足電動汽車等要求高能量密度、快速充電和長周期壽命的先進(jìn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。 全固態(tài)電池使用固體電解質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)電池中的液體電解質(zhì)，不僅符合上述標(biāo)準(zhǔn)，而且可在短時間內(nèi)充電，因此相對更安全、更方便。

然而，固體電解質(zhì)也存在自身挑戰(zhàn)。事實證明，正極和固體電解質(zhì)之間的界面顯示具有很大的電阻，其起源尚不清楚。此外，當(dāng)電極表面暴露在空氣中時，電阻會增加，從而降低電池容量和性能。雖然已經(jīng)進(jìn)行了多次嘗試來降低電阻，但還沒有方法能夠?qū)㈦娮杞档偷?0 Ω cm2，即不暴露于空氣時報告的界面電阻值。

據(jù)外媒報道，日本東京工業(yè)大學(xué)（Tokyo Tech）的Taro Hitosugi教授和東京工業(yè)大學(xué)博士生Shigeru Kobayashi領(lǐng)導(dǎo)的研究小組可能解決了上述電阻問題。通過建立恢復(fù)低界面電阻的策略以及揭示降低機(jī)制，該團(tuán)隊為制造高性能全固態(tài)電池的制造提供寶貴的見解。此項研究是東京工業(yè)大學(xué)、國立先進(jìn)工業(yè)科學(xué)技術(shù)研究所（AIST）和山形大學(xué)（Yamagata University）聯(lián)合研究的結(jié)果。

（圖片來源：東京工業(yè)大學(xué)）

首先，該團(tuán)隊準(zhǔn)備了包含鋰負(fù)極、LiCoO2正極和Li3PO4固體電解質(zhì)的薄膜電池。在完成電池制造前，該團(tuán)隊將LiCoO2表面暴露在空氣、氮氣（N2）、氧氣（O2）、二氧化碳（CO2）、氫氣（H2）和水蒸氣（H2O）中30分鐘。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與未暴露的電池相比，暴露于N2、O2、CO2和H2的電池性能并沒有降低。并不會降低電池性能。Hitosugi教授表示：“只有H2O蒸汽會強(qiáng)烈降解Li3PO4 - LiCoO2界面，并使電阻急劇增加，是未暴露界面的電池電阻值的10倍多?！?/p>

之后該團(tuán)隊執(zhí)行了“退火”工藝。在該過程中，樣品在150°C下以電池形式進(jìn)行了一個小時的熱處理，即沉積負(fù)極。令人驚訝的是，該過程將電阻降低到10.3 Ω cm2，與未暴露電池的電阻相當(dāng)！

通過進(jìn)行數(shù)值模擬和尖端測量，該團(tuán)隊隨后發(fā)現(xiàn)電阻降低是因為退火過程中LiCoO2結(jié)構(gòu)內(nèi)的質(zhì)子自發(fā)去除。

Hitosugi教授總結(jié)道：“我們的研究表明，LiCoO2結(jié)構(gòu)中的質(zhì)子在恢復(fù)過程中發(fā)揮著重要作用。我們希望通過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。”

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