研究人员通过加热降低电池电阻 推进全固态电池应用

据国外媒体报道，来自东京工业大学、国家高级工业科学技术研究所(AIST)和山形大学的研究人员提出了一项恢复全固态电池低电阻的策略。这使得这种电池距离成为主流电源又进了一步，有望应用于下一代电动汽车和电子产品。研究人员还讨论了潜在的电阻降低机制，以进一步了解全固态锂电池的基本工作原理。

(来源:东京工业大学)

全固态锂电池是材料科学与工程领域的新趋势。传统的锂离子电池无法达到电动汽车等领先技术的标准，如高能量密度、快速充电和长循环寿命。全固态电池使用固体电解质代替传统电池中的液体电解质，不仅符合相关要求，而且可以在短时间内完成充电，相对安全方便。

然而，固体电解质也有一些局限性。已经证明，正电极和固体电解质之间的界面显示出大的电阻，并且原因不清楚。此外，当电极表面暴露在空气中时，电阻会增加，从而影响电池的容量和性能。研究人员已经采取了一些措施来降低电阻，但他们没有成功地将其降低到10ωcm2以下，这是报道的不暴露于空气时的界面电阻值。

在最近的研究中，由东京工业大学研究人员领导的团队可能最终解决了这个问题。研究人员提出了恢复界面低电阻的策略，并展示了相关机制，为制造高性能全固态电池提供了宝贵的见解。首先，团队准备了由锂负极、LiCoO2正极和Li3PO4固体电解质组成的薄膜电池。在制作电池之前，研究人员将LiCoO2的表面暴露在空气、氮气(N2)、氧气(O2)、二氧化碳(CO2)、氢气(H2)和水蒸气(H2O)中30分钟。

令人惊讶的是，研究人员发现，与未暴露的电池相比，暴露于N2、O2、CO2和H2的电池性能没有下降。Hitosugi教授说:“只有水蒸气会严重影响Li3PO4-LiCoO2的界面，使电阻大大增加，达到未暴露界面的10倍以上。”

接下来，该团队进行了一次“退火”过程，并在150摄氏度下对样品进行了一小时的热处理。令人惊讶的是，这将电阻降至10.3ωcm2，与未暴露的电池相当。

研究团队随后进行了数值模拟和前沿测量。结果表明，这可能是由于退火过程中束缚在LiCoO2结构中的质子自发脱出，导致电阻下降。

Hitosugi说:“研究表明，LiCoO2结构中的质子在电阻恢复过程中起着重要作用。研究人员希望弄清这些界面的微观过程有助于扩大全固态电池的应用潜力。”据国外媒体报道，来自东京工业大学、国家高级工业科学技术研究所(AIST)和山形大学的研究人员提出了一项恢复全固态电池低电阻的策略。这使得这种电池距离成为主流电源又进了一步，有望应用于下一代电动汽车和电子产品。研究人员还讨论了潜在的电阻降低机制，以进一步了解全固态锂电池的基本工作原理。

(来源:东京工业大学)

全固态锂电池是材料科学与工程领域的新趋势。传统的锂离子电池无法达到电动汽车等领先技术的标准，如高能量密度、快速充电和长循环寿命。全固态电池使用固体电解质代替传统电池中的液体电解质，不仅符合相关要求，而且可以在短时间内完成充电，相对安全方便。

然而，固体电解质也有一些局限性。它一直是专业的……正电极和固体电解质之间的界面显示出大的电阻，并且原因不清楚。此外，当电极表面暴露在空气中时，电阻会增加，从而影响电池的容量和性能。研究人员已经采取了一些措施来降低电阻，但他们没有成功地将其降低到10ωcm2以下，这是报道的不暴露于空气时的界面电阻值。

在最近的研究中，由东京工业大学研究人员领导的团队可能最终解决了这个问题。研究人员提出了恢复界面低电阻的策略，并展示了相关机制，为制造高性能全固态电池提供了宝贵的见解。首先，团队准备了由锂负极、LiCoO2正极和Li3PO4固体电解质组成的薄膜电池。在制作电池之前，研究人员将LiCoO2的表面暴露在空气、氮气(N2)、氧气(O2)、二氧化碳(CO2)、氢气(H2)和水蒸气(H2O)中30分钟。

令人惊讶的是，研究人员发现，与未暴露的电池相比，暴露于N2、O2、CO2和H2的电池性能没有下降。Hitosugi教授说:“只有水蒸气会严重影响Li3PO4-LiCoO2的界面，使电阻大大增加，达到未暴露界面的10倍以上。”

接下来，该团队进行了一次“退火”过程，并在150摄氏度下对样品进行了一小时的热处理。令人惊讶的是，这将电阻降至10.3ωcm2，与未暴露的电池相当。

研究团队随后进行了数值模拟和前沿测量。结果表明，这可能是由于退火过程中束缚在LiCoO2结构中的质子自发脱出，导致电阻下降。

Hitosugi说:“研究表明，LiCoO2结构中的质子在电阻恢复过程中起着重要作用。研究人员希望弄清这些界面的微观过程有助于扩大全固态电池的应用潜力。”

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