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人工智能加電鏡 全固態(tài)鋰電池研究取得重大科學進展
2024年09月09日 10:01:36
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：宋池 點擊量：9225
中科院與加州大學團隊揭示全固態(tài)鋰電池正極材料失效新機制，發(fā)現(xiàn)晶格碎化及剪切相變作用，為優(yōu)化設(shè)計提供理論依據(jù)，推動全固態(tài)電池技術(shù)發(fā)展。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】在能源存儲領(lǐng)域，全固態(tài)鋰電池因其高安全性與高能量密度，被視為傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池的有力接班人。然而，全固態(tài)電池商業(yè)化道路上的關(guān)鍵障礙之一在于電極材料(正極與負極)與固態(tài)電解質(zhì)之間界面的不穩(wěn)定性問題，這極大地限制了其性能與壽命。尤其是，高鎳層狀氧化物正極材料，作為當前主流的正極材料之一，其本征電化學不穩(wěn)定性在全固態(tài)電池環(huán)境中更為顯著，導致電池性能快速衰減。
近期，中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家研究中心的王春陽研究員與加州大學爾灣分校的忻獲麟教授團隊，在前期對液態(tài)鋰電正極材料失效機制的深入研究基礎(chǔ)上(發(fā)表于Nature Materials, Matter, Nano Letters等頂級期刊)，針對全固態(tài)電池正極材料的失效機制展開了深入探索，并取得了重要科學突破。他們的研究成果以“Atomic Origin of Chemomechanical Failure of Layered Cathodes in All-Solid-State Batteries”為題，在《美國化學會志》(Journal of the American Chemical Society)上發(fā)表，揭示了全固態(tài)鋰電層狀氧化物正極材料在原子尺度的獨特失效機理。
該研究利用人工智能輔助的透射電子顯微鏡技術(shù)，實現(xiàn)了對正極材料微觀結(jié)構(gòu)的精確表征，發(fā)現(xiàn)了全固態(tài)電池環(huán)境下晶格失氧與局部應(yīng)力耦合導致的表面“晶格碎化”現(xiàn)象，以及脫鋰過程中剪切相變的誘導作用。其中，“晶格碎化”表現(xiàn)為納米級多晶巖鹽相的形成，這一新發(fā)現(xiàn)的失效模式對理解全固態(tài)電池正極材料的退化過程具有重要意義。此外，研究還揭示了與傳統(tǒng)液態(tài)電池截然不同的剪切界面新構(gòu)型和大尺寸O1相的形成，這些發(fā)現(xiàn)不僅拓展了層狀氧化物正極材料的相變退化理論，也為未來正極材料和界面的優(yōu)化設(shè)計提供了關(guān)鍵的理論依據(jù)。
此項研究展示了先進電子顯微學表征技術(shù)在能源材料科學中的強大潛力，對于推動全固態(tài)鋰電池技術(shù)的發(fā)展具有深遠影響。隨著研究的深入和技術(shù)的不斷進步，全固態(tài)電池有望在未來實現(xiàn)更加安全、高效、長壽命的能源存儲解決方案，為電動汽車、可穿戴設(shè)備、儲能系統(tǒng)等領(lǐng)域帶來革命性的變革。
素材來源：中國科學院金屬研究
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