東京工業大學的科學家們通過開發電極/固體電解質界面的低電阻電池,解決了全固態電池的主要缺點之一。製造的電池顯示出優異的電化學性能,大大超過傳統和普遍存在的鋰離子電池;因此,展示了全固態電池技術的前景及其對便攜式電子產品革命的潛力。

鋰離子電池的極限

許多消費者都熟悉可再充電鋰離子電池,這種電池在過去幾十年中已經發展起來,並且現在在各種電子設備中都很常見。儘管廣泛使用,但科學家和工程師認為傳統的鋰離子電池技術已經接近其全部潛力,需要新型電池。

全固態電池是一種新型鋰離子電池,已被證明是具有更高能量密度的潛在更安全,更穩定的儲能裝置。然而,由於主要缺點,這種電池的使用受到限制:它們在電極/固體電解質界面處的電阻太高,阻礙了快速充電和放電。

來自東京工業大學和東北大學的科學家,由Taro Hitosugi教授領導,使用Li(Ni0.5Mn1.5)O4(LNMO)製造具有極低接口電阻的全固態電池,通過在超高溫下製造和測量電池真空條件,確保電解質/電極界面沒有雜質。

在製造之後,這些電池的電化學性質被表徵為揭示界面周圍的Li離子分佈。 X射線衍射和拉曼光譜用於分析包含電池的薄膜的晶體結構。發現Li離子的自發遷移從Li 3 PO 4層發生到LNMO層,在Li 3 PO 4 / LNMO界面處將LNMO的一半轉化為L2NMO。在初始充電過程期間發生反向遷移以再生LNMO。

使用電化學阻抗譜驗證的該界面的電阻為7.6Ωcm2,比先前基於LMNO的全固態電池小兩個數量級,甚至小於基於液體電解質的鋰離子電池的電阻。使用LNMO。這些電池還顯示快速充電和放電,僅在一秒鐘內完成一半電池的充電/放電。此外,電池的循環特性也很好,即使在100次充電/放電循環後也沒有表現出性能下降。

Li(Ni0.5Mn1.5)O4是一種很有前途的材料,可以提高電池的能量密度,因為這種材料可以提供更高的電壓。研究小組希望這些結果能夠促進高性能全固態電池的發展,從而徹底改變現代便攜式電子設備和電動汽車。