據(jù)外媒報(bào)道，東京都立大學(xué)（Tokyo Metropolitan University）的研究人員證明，電化學(xué)阻抗譜（EIS）用于研究全固態(tài)鋰金屬電池降解機(jī)制時(shí)，其功能強(qiáng)大且可實(shí)現(xiàn)無損操作。研究人員對通過氣溶膠沉積和加熱制備的陶瓷基全固態(tài)鋰金屬電池進(jìn)行了研究，確定了導(dǎo)致性能下降的特定界面。

圖片來源：東京都立大學(xué)

全固態(tài)鋰金屬電池或可提供更高的能量密度、安全性和更低的復(fù)雜性，但因其技術(shù)問題一直受到阻礙，無法應(yīng)用于日常電動汽車（EV）中。

主要挑戰(zhàn)之一是電極和固體電解質(zhì)之間的大界面電阻。在許多電池設(shè)計(jì)中，陰極和電解質(zhì)材料采用的都是脆性陶瓷，因此很難實(shí)現(xiàn)良好聯(lián)系。挑戰(zhàn)之二是無法獲悉具體哪個(gè)接口引發(fā)問題。研究全固態(tài)鋰金屬電池的退化通常需要將電池切開，但這也使得無法發(fā)現(xiàn)電池運(yùn)行時(shí)發(fā)生的狀況。

由東京都立大學(xué)Kiyoshi Kanamura教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)一直在使用一種稱為氣溶膠沉積的技術(shù)開發(fā)具有較低界面電阻的全固態(tài)鋰金屬電池。陰極材料的微觀塊被加速朝向陶瓷電解質(zhì)材料層，然后碰撞并形成致密層。

為了克服碰撞時(shí)形成裂紋的問題，該團(tuán)隊(duì)在正極材料塊上涂上“焊料”材料，即一種更柔軟、低熔點(diǎn)的材料，可以對其進(jìn)行熱處理，以在新形成的正極和電解質(zhì)之間產(chǎn)生良好的接觸。最終的全固態(tài)Li/Li7La3Zr2O12/LiCoO2電池在0.2 °C和60 °C下均具有128 mAh g-1的高初始放電容量，并在30次充放電循環(huán)后保持87%的高容量保持率。這是具有陶瓷氧化物電解質(zhì)的最佳全固態(tài)鋰金屬電池，因此真正掌握電池如何降解也變得更加重要。

該團(tuán)隊(duì)使用了一種廣泛使用的電化學(xué)診斷工具：電化學(xué)阻抗譜（EIS）進(jìn)行研究。通過解釋電池如何響應(yīng)不同頻率的電信號，研究人員以分離出電池中不同接口范圍的電阻。在新電池中，研究人員發(fā)現(xiàn)陰極材料和焊料之間的電阻增加是電池容量衰減的主要原因。重要的是，這一發(fā)現(xiàn)是在沒有撕裂電芯的情況下實(shí)現(xiàn)的。研究人員還使用原位電子顯微鏡來支持這一發(fā)現(xiàn)，清楚地識別循環(huán)過程中的界面開裂。

該團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新不僅實(shí)現(xiàn)了尖端的電池設(shè)計(jì)，而且可使用無損壞、廣泛可用的方法實(shí)現(xiàn)電池的進(jìn)一步改進(jìn)。該新發(fā)現(xiàn)將推動下一代電動汽車電池的發(fā)展。