全固态电池降解机制研究进展是实现其商业化的重要一步

全固态电池是一种具有高能量密度和更好安全性能的新型电池技术，但其降解机制仍然是一个重要的研究领域。最近的研究取得了一些重要进展，使我们更接近实现全固态电池的商业化。了解和减轻降解机制对于改善电池性能和寿命至关重要。

全固态电池是许多制造商正在努力推向市场的下一代电池。这些电池的组件包括固态电解质、阳极和阴极，与传统的使用液态电解质的锂离子电池相比，它们减少了爆炸的风险。全固态电池在包括汽车和能源存储系统在内的各个市场上需求旺盛。然而，商业化面临一些需要解决的挑战，例如保持高压以实现稳定运行，提高能量密度和容量。

韩国科学技术研究院（KIST）能源储存研究中心的研究团队最近进行的研究，确定了在与锂离子电池类似的压力下运行的全固态电池中导致快速容量衰减和寿命缩短的降解因素。研究人员发现，降解既可以发生在阴极内部，也可以发生在外部，这表明未来全固态电池即使在低压环境下也能可靠运行。

降解机制：在全固态电池中，正极和负极在反复充放电过程中会发生体积变化，导致活性材料与固体电解质之间发生副反应和接触损失等界面降解，从而增加界面电阻降低离子迁移性，并导致电池性能恶化。

低压操作：为了解决这个问题，采用外部装置来维持高压，但这具有随着电池重量和体积增加而降低能量密度的缺点。最近，研究人员正在对全固态电池内部进行研究，以确保即使在低压环境下也能保持电池的性能。

性能衰减：研究团队分析了一种硫化物基固态电解质的硬币型全固态电池，在0.3 MPa低压环境下运行，分析了性能下降的原因。经过50次充放电循环后，NCM正极层的体积膨胀了约两倍，横截面图像分析证实正极活性材料和固体电解质之间出现了严重的裂纹。这项新研究表明，除了界面接触损失之外，正极材料的破裂和不可逆的正极相变也是低压运行中性能退化的原因。

锂消耗：通过将阴极中的锂替换为同位素（6Li）并使用飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS），研究人员确定了阴极中锂消耗对整体电池容量降低的机制。在重复的充电-放电循环过程中，固态电解质的分解产物硫渗入阴极材料的裂缝中，形成非导电的硫化锂。这消耗了活性锂离子并促进了阴极相变，降低了全固态电池的容量。

通过清楚地识别全固态电池在低压工作环境下退化的原因，这些分析方法为解决与传统锂离子电池相比循环特性较差的问题提供了线索。如果这个问题得到解决，预计可以通过消除外部辅助装置来确保全固态电池的经济性，而外部辅助装置一直是生产成本上升的主要原因。

这项研究的发现为在低压运行环境中全固态电池的降解提供了见解，并提供了改善循环特性的潜在解决方案，相比传统的锂离子电池。开发能够在无压力或低压力环境中运行的新阴极和阳极材料对于全固态电池的商业化至关重要。

该研究成果以封面文章形式发表在最新一期能源材料领域国际期刊Advanced Energy Materials（IF 27.8，JCR前2.5%）上。