MIT研究团队开发稳定固态锂离子电池界面的简单方法

低温环境下，锂电池续航急剧衰减已然是不争的事实。不管电动汽车车主如何维护保养，都避免不了续航里程锐减。固态电池，具有高能量密度、高导电率、安全性高等优势，被誉为汽车锂电池的终极形态。然而，固体电解质层和两侧的两个电极之间的边界不稳定会大大缩短电池寿命。

一些研究使用特殊涂层来改善层之间的结合，但这增加了制造过程中额外涂层步骤的费用。现在，麻省理工学院和布鲁克海文国家实验室的一组研究人员开发了一种方法，可以达到等于或超过涂层表面耐久性的结果，但不需要任何涂层。研究结果发表在《先进能源材料》中。

新方法只需要在关键制造步骤（称为烧结）中消除任何二氧化碳，在该步骤中，电池材料被加热以在由陶瓷化合物制成的阴极和电解质层之间形成粘合。

尽管空气中二氧化碳的含量微乎其微，以百万分之几来衡量，但它的影响却是显着有害的。研究人员说，在纯氧中进行烧结步骤可以产生与最佳涂层表面性能相匹配的键合，而无需额外的涂层成本。

固体电池的关键动力在于它们更安全且具有更高的能量密度，但由于两个因素阻碍了其大规模商业化：固体电解质的较低电导率和界面不稳定问题。

现在导电性问题已得到有效解决，并且已经证明了合理的高导电性材料。但克服界面上出现的不稳定性更具挑战性。这些不稳定性可能在此类电池的制造和电化学操作过程中发生，但目前研究人员专注于制造，特别是烧结过程。

需要烧结是因为如果陶瓷层简单地相互压在一起，它们之间的接触就很不理想，间隙太多，而且界面上的电阻很高。陶瓷材料的烧结通常在 1,000 摄氏度或以上的温度下进行，这会导致每种材料中的原子迁移到另一种材料中以形成键。

该团队的实验表明，在任何高于几百度的温度下，都会发生有害反应，从而增加界面处的电阻——但前提是存在二氧化碳，即使是微量的二氧化碳。他们证明，避免二氧化碳，特别是在烧结过程中保持纯氧气氛，可以在高达 700 度的温度下产生非常好的粘合，而不会形成任何有害化合物。

使用这种方法制成的阴极-电解质界面的性能“与我们在文献中看到的最佳界面电阻相当”。而新方法更简单，无需通过额外的涂层步骤实现。新发现可能会迅速应用于电池生产。

丰田等大公司已经在努力将早期版本的固态锂离子电池商业化，这些新发现可以迅速帮助这些公司提高该技术的经济性和耐用性。

该研究得到了麻省理工学院(MIT)和美国陆军正式启动的士兵纳米技术研究所的支持。该团队使用了美国国家科学基金会支持的设施和能源部支持的布鲁克海文国家实验室的设施。获 取 更多前沿科技 研究 进展访问：https://byteclicks.com