來自東京都立大學(xué)的研究人員為固態(tài)鋰金屬電池開發(fā)了一種新的準(zhǔn)固態(tài)陰極，大大降低了陰極和固態(tài)電解質(zhì)之間的界面電阻。通過添加一種離子液體，他們改良的陰極可以與電解質(zhì)保持良好的接觸。新開發(fā)的原型電池也顯示出良好的容量保持，盡管找到最佳的離子液體仍然具有挑戰(zhàn)性，但這一想法有望為實(shí)際應(yīng)用的固體鋰電池開發(fā)提供新的方向。
鋰離子電池已經(jīng)變得無處不在，在我們的智能手機(jī)、筆記本電腦、電動工具和電動汽車中隨處可見。但是，當(dāng)我們尋找具有更高能量密度的更好的解決方案時，科學(xué)家們已經(jīng)轉(zhuǎn)向了固態(tài)鋰金屬電池。鋰金屬電池比鋰離子電池具有更高的能量密度。它們被認(rèn)為是電池的未來，可以為大規(guī)模的車輛和電網(wǎng)提供動力。
然而，技術(shù)問題使固態(tài)鋰金屬電池?zé)o法進(jìn)入環(huán)境條件比較苛刻的的應(yīng)用。其中一個主要問題是電極和固體電解質(zhì)之間的界面設(shè)計。鋰離子電池中的電解質(zhì)通常是液體，高度易燃，構(gòu)成安全隱患。這就是為什么人們一直在嘗試使用固態(tài)電解質(zhì)來代替。然而，電極和固體電解質(zhì)之間很難實(shí)現(xiàn)良好的接觸。任何一方的表面如果產(chǎn)生粗糙的情況都會導(dǎo)致高界面電阻，這困擾著電池的性能。已經(jīng)有一些工作在研究固體電解質(zhì)的設(shè)計，但陰極設(shè)計仍然是一個開放的問題。由東京都立大學(xué)Kiyoshi Kanamura教授領(lǐng)導(dǎo)的一個團(tuán)隊一直在開發(fā)新的方法，以改善固態(tài)鋰金屬電池中陰極和固態(tài)電解質(zhì)之間的接觸。現(xiàn)在，他們已經(jīng)成功地創(chuàng)造了一種準(zhǔn)固態(tài)的氧化鈷鋰（LiCoO2）陰極，其中含有室溫的離子液體。離子液體由正離子和負(fù)離子組成，它們還可以傳輸離子。重要的是，它們可以填補(bǔ)陰極/固體電解質(zhì)界面的微小空隙。隨著空隙的填充，界面阻力明顯下降。該團(tuán)隊的方法也帶來了其他好處。離子液體不僅具有離子導(dǎo)電性，而且?guī)缀醪粨]發(fā)且通常不易燃。它們對形成陰極的阻礙也很小，使制造過程幾乎不受影響。該團(tuán)隊展示了用他們的準(zhǔn)固態(tài)陰極和固體"石榴石"電解質(zhì)（指其結(jié)構(gòu)）制成的原型電池，該電池顯示出良好的可充電性，在60℃的高溫下進(jìn)行100次充/放電循環(huán)后，容量保持率達(dá)到80%。進(jìn)一步的研究還發(fā)現(xiàn)，最佳的離子液體含量為11wt%。但問題仍然存在，比如現(xiàn)在急需找到一種更好的、不容易降解的離子液體。然而，該團(tuán)隊的新范式為固態(tài)金屬鋰電池的研究提供了令人興奮的新方向，并有可能將其帶出實(shí)驗室，進(jìn)入我們的生活。
