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人工智能加电镜 全固态锂电池研究取得重大科学进展
2024年09月09日 10:01:36
来源：化工仪器网 作者：宋池 点击量：9492
中科院与加州大学团队揭示全固态锂电池正极材料失效新机制，发现晶格碎化及剪切相变作用，为优化设计提供理论依据，推动全固态电池技术发展。
【化工仪器网 项目成果】在能源存储领域，全固态锂电池因其高安全性与高能量密度，被视为传统液态锂离子电池的有力接班人。然而，全固态电池商业化道路上的关键障碍之一在于电极材料(正极与负极)与固态电解质之间界面的不稳定性问题，这极大地限制了其性能与寿命。尤其是，高镍层状氧化物正极材料，作为当前主流的正极材料之一，其本征电化学不稳定性在全固态电池环境中更为显著，导致电池性能快速衰减。
近期，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心的王春阳研究员与加州大学尔湾分校的忻获麟教授团队，在前期对液态锂电正极材料失效机制的深入研究基础上(发表于Nature Materials, Matter, Nano Letters等顶级期刊)，针对全固态电池正极材料的失效机制展开了深入探索，并取得了重要科学突破。他们的研究成果以“Atomic Origin of Chemomechanical Failure of Layered Cathodes in All-Solid-State Batteries”为题，在《美国化学会志》(Journal of the American Chemical Society)上发表，揭示了全固态锂电层状氧化物正极材料在原子尺度的独特失效机理。
该研究利用人工智能辅助的透射电子显微镜技术，实现了对正极材料微观结构的精确表征，发现了全固态电池环境下晶格失氧与局部应力耦合导致的表面“晶格碎化”现象，以及脱锂过程中剪切相变的诱导作用。其中，“晶格碎化”表现为纳米级多晶岩盐相的形成，这一新发现的失效模式对理解全固态电池正极材料的退化过程具有重要意义。此外，研究还揭示了与传统液态电池截然不同的剪切界面新构型和大尺寸O1相的形成，这些发现不仅拓展了层状氧化物正极材料的相变退化理论，也为未来正极材料和界面的优化设计提供了关键的理论依据。
此项研究展示了先进电子显微学表征技术在能源材料科学中的强大潜力，对于推动全固态锂电池技术的发展具有深远影响。随着研究的深入和技术的不断进步，全固态电池有望在未来实现更加安全、高效、长寿命的能源存储解决方案，为电动汽车、可穿戴设备、储能系统等领域带来革命性的变革。
素材来源：中国科学院金属研究
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