东京都立大学开发出固态锂金属电池的新型准固态阴极 可显著降低界面电阻

据外媒报道，东京都立大学（Tokyo Metropolitan University）的研究人员开发出一种用于固态锂金属电池的新型准固态阴极，可显著降低阴极和固体电解质间的界面电阻。通过添加离子液体，这种改性阴极可以与电解质保持良好的接触，且采用该阴极的原型电池也表现出良好的容量保持能力。尽管找到最好的离子液体仍然具有挑战性，但这一想法为实际应用的固体锂电池开发提供了新的方向。

图片来源：东京都立大学

锂离子电池广泛应用于日常的智能手机、笔记本电脑、电动工具和电动汽车中。但随着寻找具有更高能量密度的更好解决方案，科学家们不断转向固态锂金属电池。锂金属电池比锂离子电池的能量密度更高，因此被视为电池、车辆和大规模电网供电的未来。

然而由于技术问题，固态锂金属电池无法应用于要求苛刻的应用领域。一个主要的问题是电极和固体电解质之间的界面设计。锂离子电池中的电解质通常是液体，该电解质高度易燃，存在安全隐患。因此科学家寄希望于固态电解质，但固态电解质又很难在电极和固体电解质之间实现良好的接触。每侧的表面粗糙度都会导致高界面电阻，从而影响电池性能。目前已有一些研究着眼于固体电解质的设计，但阴极设计仍然是一个悬而未决的问题。

东京都立大学Kiyoshi Kanamura教授领导的一个团队一直在研究新方法，以改善固态锂金属电池中阳极和固态电解质之间接触。近日，该研究团队成功制造出一种含有室温离子液体的准固态钴酸锂（LiCoO2）阳极。离子液体由正离子和负离子组成，且还可以传输离子。重要的是，离子液体可以填充阴极/固体电解质界面处的任何微小空隙。随着空隙被填充，界面电阻显著降低。

离子液体不仅具有离子导电性，而且几乎不挥发且通常不易燃。此外，这种液体对形成阴极的浆料的影响也很小，几乎不影响制造过程。该团队展示了一种由其准固态阴极和固体“石榴石（garnet）”电解质制成的原型电池。该电池显示出良好的可充电性，在60°C的高温下充/放电100次循环后具有80%的容量保持率。此外，进一步的研究还揭示了11wt%的最佳离子液体含量。

目前仍然存在问题，例如找到一种不易降解的离子液体。然而，该团队的新发现可以推动对固态锂金属电池的研究，并具有商业化的潜力。