隨著東京工業(yè)大學(xué)、鋼鐵技術(shù)協(xié)會(AIST)和山形大學(xué)的研究人員推出了一種恢復(fù)其低電阻的策略,全固態(tài)
電池現(xiàn)在離成為下一代主力
電池又近了一步。他們還探索了潛在的還原機(jī)制,為更好理解全固態(tài)鋰電池的基礎(chǔ)工作原理鋪平了道路。
全固態(tài)鋰電池已經(jīng)成為材料科學(xué)與工程領(lǐng)域的新熱潮,因?yàn)閭鹘y(tǒng)的鋰離子電池已經(jīng)不能滿足先進(jìn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),如電動汽車要求高能量密度、快速充電和長周期壽命。全固態(tài)電池用固體電解質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)電池中的液體電解質(zhì),不僅符合這些標(biāo)準(zhǔn),而且可以在短時(shí)間內(nèi)充滿電,因此相對來說更安全、更方便。
然而,固體電解質(zhì)也有其自身的挑戰(zhàn)。結(jié)果表明,正電極和固體電解質(zhì)之間的界面顯示有一個(gè)很大的電阻,其來源尚不清楚。此外,當(dāng)電極表面暴露在空氣中時(shí),電阻會增加,電池的容量和性能隨之降低。盡管科學(xué)家們已嘗試了很多方法看來降低電阻,但始終無法將電阻降到10Ωcm2,即未暴露在空氣中時(shí)所報(bào)告的界面電阻值。
近期,來自日本的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)可能終于找到方法解決上述問題,其研究成果發(fā)表在了《美國化學(xué)學(xué)會應(yīng)用材料與界面》雜志(ACS Applied Materials & Interfaces)上。該團(tuán)隊(duì)能夠找出有效恢復(fù)低界面電阻的策略以及揭示了電阻降低的機(jī)制,為高性能全固態(tài)電池的制造提供了寶貴的見解。
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。在完成電池制作之前,研究小組將LiCoO2表面暴露在空氣、氮?dú)猓∟2)、氧氣(O2)、二氧化碳(CO2)、氫氣(H2)、水蒸氣(H2O)中30分鐘。
令他們驚訝的是,他們發(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教授說,“只有水蒸氣會強(qiáng)烈地降解Li3PO4 - LiCoO2界面,并大幅增加其電阻,其值比未暴露的界面高出10倍以上。”
該團(tuán)隊(duì)接下來進(jìn)行了一種稱為“退火”的過程,在此過程中,樣品以電池的形式在150°C下進(jìn)行了一個(gè)小時(shí)的熱處理,即沉積了負(fù)極。令人驚訝的是,這將電阻降低到10.3 Ω cm2,與未暴露的電池相當(dāng)。
通過進(jìn)行數(shù)值模擬和尖端測量,該團(tuán)隊(duì)隨后揭示,還原可能歸因于退火過程中LiCoO2結(jié)構(gòu)內(nèi)部質(zhì)子的自發(fā)去除。研究人員表示,“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)揮了重要作用。我們希望這些界面微觀過程的闡明將有助于擴(kuò)大全固態(tài)電池的應(yīng)用潛力。”
(責(zé)任編輯:子蕊)