研究人员通过加热降低电池电阻 推进全固态电池应用

据外媒报道，东京工业大学（Tokyo Tech）、日本国家先进工业科学技术研究所(AIST)和山形大学（Yamagata University）的研究人员提出一项恢复全固态电池低电阻的策略。这使该类电池离成为主流电源又迈进了一步，有望应用于下一代电动汽车和电子产品。研究人员还探讨其中潜在的电阻降低机制，以进一步了解全固态锂电池的基本工作原理。

（图片来源：东京工业大学）

全固态锂电池是材料科学与工程领域的新趋势，传统锂离子电池无法满足电动汽车等领先技术的标准，如高能量密度、快速充电和长循环寿命。全固态电池采用固态电解质，而不是传统电池中的液体电解质，不仅符合相关要求，而且可在短时间内完成充电，相对来说比较安全、方便。
然而，固态电解质也存在一定的局限性。事实证明，正极和固态电解质之间的界面表现出较大的电阻，其原因尚不清楚。此外，当电极表面暴露于空气中时，电阻会增长，影响电池的容量和性能。研究人员采取过一些措施来降低电阻，但均未将其成功降至10Ωcm2以下，即未暴露于空气时报告的界面电阻值。
在最近的研究中，由东京工业大学研究人员领导的团队，可能终于解决了这个问题。研究人员提出了一种恢复界面低电阻的策略并展示相关机制，为制造高性能全固态电池的提供了宝贵的见解。首先，该团队准备了由锂负极、LiCoO2正极和Li3PO4固体电解质组成的薄膜电池。在制作完成电池之前，研究人员将LiCoO2表面暴露在空气、氮气(N2)、氧气(O2)、二氧化碳(CO2)、氢气(H2)、水蒸气(H2O)中，持续30分钟。
令人惊奇的是，研究人员发现，与未暴露的电池相比，暴露在N2、O2、CO2和H2环境下的电池性能并没有下降。Hitosugi教授表示：“只有水蒸汽会严重影响Li3PO4-LiCoO2 界面，并大幅提高电阻，达到未暴露界面的10倍以上。”
接下来，该团队进行“退火”过程，在150°C下对样品进行热处理一小时。令人惊讶的是，这使电阻降至10.3Ωcm2，与未暴露的电池相当。
研究小组随后进行数值模拟和尖端测量。结果显示，这可能是因为在退火过程中，结合在LiCoO2结构内的质子自发脱嵌，从而导致电阻降低。
Hitosugi表示：“研究表明，在电阻恢复过程中，LiCoO2结构中的质子发挥了重要作用。研究人员希望，阐明这些界面微观过程，将有助于扩大全固态电池的应用潜力。”