麻省理工学院开发稳定电解质和电极界面的新方法提高固态锂电池寿命

10 03月 2022

2022-03-10 16:03

固态电池采用锂金属等固态电极和固态电解质，通常能量密度较高，可以避免起火风险。但是，固态电解质和两侧电极之间的界面具有不稳定性，大大影响了此类电池的寿命。有些研究尝试通过特殊涂层，改善层体之间的键合度，却增加了制造费用。

据外媒报道，麻省理工学院（MIT）和布鲁克海文国家实验室（Brookhaven National Laboratory）的研究人员提出一种方法，可以在不使用任何涂层的情况下，实现同等或更好的耐久性。

这种新方法只需在关键制造步骤（名为烧结）中去除所有的二氧化碳（CO2）。在烧结过程中，需要加热电池材料，以使正极和电解质层（由陶瓷化合物制成）之间形成键合。空气中的CO2含量微乎其微（按百万分之一计），却能对此产生极大的有害影响。研究人员表示，在纯氧环境中进行烧结，所产生的键合度可与最佳涂层表面性能相媲美，同时不需额外支付涂层成本。

之所以需要进行烧结，是因为将陶瓷层简单地压在一起，层体之间的接触很不理想，间隙太多，界面之间的电阻很高。陶瓷材料通常在1000℃或以上的温度下进行烧结，使一种材料中的原子迁移到另一种材料中，从而形成键。该研究团队的实验表明，在存在CO2的情况下，只要高于几百摄氏度，就有可能发生有害反应，增加界面阻力。即使只有微量的CO2也是如此。

研究人员证明，去除CO2，尤其是在烧结过程中保持纯氧气氛，可以在高达700℃的温度下产生良好的键合度，而不形成任何有害化合物。据介绍，通过这种方法制造的电极和电解质界面，其性能可与以往文献报道过的最佳界面电阻相媲美。以往的研究需要通过额外的涂层步骤来实现，相比之下，这种方法可以减少额外制造过程，避免高昂的费用。

该团队将深入研究这种电池的性能，即如何在电池循环过程中长期保持这些键。此外，研究人员表示，这些新发现可能迅速应用于电池生产。这是一个相对简单的电池制造过程，不会造成太多的能量损耗，而且几乎不会增加成本。