研究发现：清洁电解质/电极界面使固态锂电池的容量增加一倍-EV之家

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研究发现：清洁电解质/电极界面使固态锂电池的容量增加一倍

2021-01-28

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盖世汽车

据外媒报道，来自东京工业大学、日本东北大学、国立先进工业科学技术研究所和日本工业大学的科学家们经过实验证明，清洁电解质/电极界面是实现高容量固态锂电池的关键。该发现可能将为优化电池设计铺平道路，从而提高移动设备和电动汽车的容量、稳定性和安全性。

液态锂离子电池在生活中应用十分广泛，在很多日常移动设备中就可以找到。液态电池具有很多优势，但同时也带来很多风险。例如，近年来，由于电池设计不当，导致电解液泄露并起火，从而引起手机爆炸的新闻层出不穷。

（图片来源：东京工业大学）

此外，液态锂离子电池还存在制造成本高、耐用性低和容量小等问题，因此科学家们研究出一种新电池：固态锂电池（SSLBs）。SSLBs由固体电极和固体电解质组成，可在充电和放电期间交换锂离子。SSLBs也因其高能量密度和高安全性成为强大的动力来源。

但SSLBs的商业化仍存在许多技术挑战。当下，研究人员经过一系列实验，研究出可提升SSLBs性能的方法。负责这项研究的东京理工大学的Taro Hitosugi教授解释到：“高电位材料LiNi0.5Mn1.5O4（LNMO）有望成为SSLBs正极材料。此次研究中，我们展示了电池在2.9和4.7 V电压下的工作状况，同时在电解质/电极界面实现了容量大且稳定的循环，且电阻较低。”

之前的研究表明，在基于LNMO的SSLBs中，清洁的电解质/电极界面对于实现低界面电阻和快速充电至关重要。科学家还指出，制造电池时，锂离子会自发地从Li3PO4（LPO）电解质迁移到LNMO层，从而形成LiNi0.5Mn1.5O4（L2NMO）相，其分布未知，且会影响电池性能。

研究小组还对L2NMO相的状态进行了研究，分析了在充电和放电过程中Li0Ni0.5Mn1.5O4（L0NMO）和L2NMO相之间的晶体结构变化，在真空环境中制造的清洁LPO / LNMO界面上L2NMO的初始分布，以及电极厚度的影响。

值得注意的是，在SSLBs的充电和放电过程中，清洁界面促进了锂离子的嵌入和脱嵌。结果，具有清洁界面的SSLBs的容量是传统基于LNMO的电池的两倍。这项研究也是在SSLBs中，首次发现L0NMO和L2NMO相间存在稳定的可逆反应。来自日本东北大学的助理教授Hideyuki Kawasoko以及该研究的主要作者表示：“该发现证明，形成无污染、干净的LPO / LNMO界面是增加SSLBs容量、确保界面电阻低的关键，从而实现快速充电。”

除移动设备外，SSLBs还可以应用于电动汽车，也正因为如此，成本和电池耐用性成功阻碍了其商业化发展。因此，研究结果为未来的SSLBs设计提供了重要的方向，也为从化石燃料向更环保的运输方式过渡铺平了道路。