东京工业大学发现退火可显著降低全固态电池的界面电阻 或将扩大应用

全固态锂电池已成为材料科学和工程的新趋势，而传统的锂离子电池已无法满足电动汽车等要求高能量密度、快速充电和长循环寿命的先进技术标准。全固态电池使用固体电解质，而不是传统电池中的液体电解质，不仅符合上述标准，而且可以在短时间内充电，使其相对更安全、更方便。然而，固体电解质也面临着自身的挑战。已经证明，正极和固体电解质之间的界面表现出显著的电阻，其来源尚不清楚。此外，当电极表面暴露于空气时，电阻增加，从而降低电池容量和性能。尽管已经多次尝试降低电阻，但没有办法将其降低到10Ωcm2，这是未暴露于空气时报告的界面电阻值。据外媒报道，由东京工业大学教授Hitosugi和日本东京工业大学博士生Shigeru Kobayashi领导的一个研究小组可能已经解决了上述阻力问题。通过制定恢复低界面电阻的策略和揭示还原机制，该团队为高性能全固态电池的制造提供了宝贵的见解。这项研究是东京工业大学、国立高级工业科学技术研究所和山形大学联合研究的结果。

首先，该团队制备了含有锂负极、LiCoO2正极和Li3PO4固体电解质的薄膜电池。在完成电池制造之前，该团队将LiCoO2表面暴露在空气、氮气、氧气、二氧化碳、氢气和水蒸气中30分钟。结果表明，与未暴露的电池相比，暴露于N2、O2、CO2和H2的电池的性能没有降低。它不会降低电池性能。Hitosugi教授说，“只有H2O蒸汽才能强烈降解Li3PO4-LiCoO2界面，并导致电阻急剧增加，这是未暴露界面电池电阻值的10倍多。”该团队随后进行了“退火”过程。在此过程中，样品以电池的形式在150°C下进行一小时的热处理，从而沉积负极。令人惊讶的是，这个过程将电阻降低到10.3Ωcm2，相当于未暴露电池的电阻！通过数值模拟和尖端测量，该团队随后发现，电阻的降低是由于退火过程中LiCoO2结构中质子的自发去除。Hitosugi教授总结道：“我们的研究表明，LiCoO2结构中的质子在回收过程中发挥着重要作用。我们希望阐明这些界面微过程将有助于扩大全固态电池的应用潜力

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