東京都立大學開發出固態鋰金屬電池的新型準固態陰極 可顯著降低界面電阻

蓋世汽車訊 據外媒報道，東京都立大學（Tokyo Metropolitan University）的研究人員開發出一種用于固態鋰金屬電池的新型準固態陰極，可顯著降低陰極和固體電解質間的界面電阻。通過添加離子液體，這種改性陰極可以與電解質保持良好的接觸，且采用該陰極的原型電池也表現出良好的容量保持能力。盡管找到最好的離子液體仍然具有挑戰性，但這一想法為實際應用的固體鋰電池開發提供了新的方向。

圖片來源：東京都立大學

鋰離子電池廣泛應用于日常的智能手機、筆記本電腦、電動工具和電動汽車中。但隨著尋找具有更高能量密度的更好解決方案，科學家們不斷轉向固態鋰金屬電池。鋰金屬電池比鋰離子電池的能量密度更高，因此被視為電池、車輛和大規模電網供電的未來。

然而由于技術問題，固態鋰金屬電池無法應用于要求苛刻的應用領域。一個主要的問題是電極和固體電解質之間的界面設計。鋰離子電池中的電解質通常是液體，該電解質高度易燃，存在安全隱患。因此科學家寄希望于固態電解質，但固態電解質又很難在電極和固體電解質之間實現良好的接觸。每側的表面粗糙度都會導致高界面電阻，從而影響電池性能。目前已有一些研究著眼于固體電解質的設計，但陰極設計仍然是一個懸而未決的問題。

東京都立大學Kiyoshi Kanamura教授領導的一個團隊一直在研究新方法，以改善固態鋰金屬電池中陽極和固態電解質之間接觸。近日，該研究團隊成功制造出一種含有室溫離子液體的準固態鈷酸鋰（LiCoO2）陽極。離子液體由正離子和負離子組成，且還可以傳輸離子。重要的是，離子液體可以填充陰極/固體電解質界面處的任何微小空隙。隨著空隙被填充，界面電阻顯著降低。

離子液體不僅具有離子導電性，而且幾乎不揮發且通常不易燃。此外，這種液體對形成陰極的漿料的影響也很小，幾乎不影響制造過程。該團隊展示了一種由其準固態陰極和固體“石榴石（garnet）”電解質制成的原型電池。該電池顯示出良好的可充電性，在60°C的高溫下充/放電100次循環后具有80%的容量保持率。此外，進一步的研究還揭示了11wt%的最佳離子液體含量。

目前仍然存在問題，例如找到一種不易降解的離子液體。然而，該團隊的新發現可以推動對固態鋰金屬電池的研究，并具有商業化的潛力。