研究發現：清潔電解質/電極界面使固態鋰電池的容量增加一倍
時間:2021-01-28 09:14來源:蓋世汽車 作者:劉麗婷
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（圖片來源：東京工業大學）
據外媒報道，來自東京工業大學、日本東北大學、國立先進工業科學技術研究所和日本工業大學的科學家們經過實驗證明，清潔電解質/電極界面是實現高容量固態鋰電池的關鍵。該發現可能將為優化電池設計鋪平道路，從而提高移動設備和電動汽車的容量、穩定性和安全性。
液態鋰離子電池在生活中應用十分廣泛，在很多日常移動設備中就可以找到。液態電池具有很多優勢，但同時也帶來很多風險。例如，近年來，由于電池設計不當，導致電解液泄露并起火，從而引起手機爆炸的新聞層出不窮。
此外，液態鋰離子電池還存在制造成本高、耐用性低和容量小等問題，因此科學家們研究出一種新電池：固態鋰電池（SSLBs）。SSLBs由固體電極和固體電解質組成，可在充電和放電期間交換鋰離子。SSLBs也因其高能量密度和高安全性成為強大的動力來源。
但SSLBs的商業化仍存在許多技術挑戰。當下，研究人員經過一系列實驗，研究出可提升SSLBs性能的方法。負責這項研究的東京理工大學的Taro Hitosugi教授解釋到：“高電位材料LiNi0.5Mn1.5O4（LNMO）有望成為SSLBs正極材料。此次研究中，我們展示了電池在2.9和4.7 V電壓下的工作狀況，同時在電解質/電極界面實現了容量大且穩定的循環，且電阻較低。”
之前的研究表明，在基于LNMO的SSLBs中，清潔的電解質/電極界面對于實現低界面電阻和快速充電至關重要�？茖W家還指出，制造電池時，鋰離子會自發地從Li3PO4（LPO）電解質遷移到LNMO層，從而形成LiNi0.5Mn1.5O4（L2NMO）相，其分布未知，且會影響電池性能。
研究小組還對L2NMO相的狀態進行了研究，分析了在充電和放電過程中Li0Ni0.5Mn1.5O4（L0NMO）和L2NMO相之間的晶體結構變化，在真空環境中制造的清潔LPO / LNMO界面上L2NMO的初始分布，以及電極厚度的影響。
值得注意的是，在SSLBs的充電和放電過程中，清潔界面促進了鋰離子的嵌入和脫嵌。結果，具有清潔界面的SSLBs的容量是傳統基于LNMO的電池的兩倍。這項研究也是在SSLBs中，首次發現L0NMO和L2NMO相間存在穩定的可逆反應。來自日本東北大學的助理教授Hideyuki Kawasoko以及該研究的主要作者表示：“該發現證明，形成無污染、干凈的LPO / LNMO界面是增加SSLBs容量、確保界面電阻低的關鍵，從而實現快速充電。”
除移動設備外，SSLBs還可以應用于電動汽車，也正因為如此，成本和電池耐用性成功阻礙了其商業化發展。因此，研究結果為未來的SSLBs設計提供了重要的方向，也為從化石燃料向更環保的運輸方式過渡鋪平了道路。
(責任編輯：子蕊)
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