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研究發(fā)現(xiàn)：清潔電解質(zhì)/電極界面使固態(tài)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(yè)大學）

據(jù)外媒報道，來自東京工業(yè)大學、日本東北大學、國立先進工業(yè)科學技術(shù)研究所和日本工業(yè)大學的科學家們經(jīng)過實驗證明，清潔電解質(zhì)/電極界面是實現(xiàn)高容量固態(tài)鋰電池的關(guān)鍵。該發(fā)現(xiàn)可能將為優(yōu)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(wěn)定性和安全性。

液態(tài)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(tài)電池具有很多優(yōu)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(tài)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(tài)鋰電池（SSLBs）。SSLBs由固體電極和固體電解質(zhì)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(yè)化仍存在許多技術(shù)挑戰(zhàn)。當下，研究人員經(jīng)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(zhì)/電極界面實現(xiàn)了容量大且穩(wěn)定的循環(huán)，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(zhì)/電極界面對于實現(xiàn)低界面電阻和快速充電至關(guān)重要�？茖W家還指出，制造電池時，鋰離子會自發(fā)地從Li3PO4（LPO）電解質(zhì)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(tài)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(jié)構(gòu)變化，在真空環(huán)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(jié)果，具有清潔界面的SSLBs的容量是傳統(tǒng)基于LNMO的電池的兩倍。這項研究也是在SSLBs中，首次發(fā)現(xiàn)L0NMO和L2NMO相間存在穩(wěn)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(fā)現(xiàn)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(guān)鍵，從而實現(xiàn)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(yè)化發(fā)展。因此，研究結(jié)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(huán)保的運輸方式過渡鋪平了道路。

(責任編輯：子蕊)

文章標簽：鋰離子電池電極電解質(zhì) 快速充電低界面電阻

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