美國能源部橡樹嶺國家實驗室（ORNL）研究人員已經(jīng)研發(fā)了一種低成本電脈沖法來改善固態(tài)鋰電池各層之間材料的接觸。該研究解決了一個開發(fā)更高能量密度的電池的關鍵問題。
美國能源部（DOE）研究了一種穩(wěn)定的制造過程，可以在更小的面積內(nèi)為鋰離子電池提供至少兩倍的能量密度。
他們說，美國能源部(DoE)的研究人員在消除固態(tài)電池成功商業(yè)化的障礙方面邁出了重要一步，固態(tài)電池可用于電動汽車等高能量應用以及其他電子設備。
能源部橡樹嶺國家實驗室的科學家們已經(jīng)研發(fā)了一種可擴展且低成本的方法，以改善這些存儲系統(tǒng)中的材料連接，眾所周知，這些存儲系統(tǒng)比當前的鋰離子設計具有安全性、效率和壽命優(yōu)勢。
研究人員說，有一種稱為接觸阻抗的現(xiàn)象，是在重復充放電循環(huán)中使材料能夠正確連接且保持穩(wěn)定，這對于大規(guī)模制造固態(tài)電池來說是一種挑戰(zhàn)。這些電池使用固態(tài)電解質(zhì)材料，而不是目前大多數(shù)商用鋰離子電池使用的液體電解質(zhì)。。
固態(tài)電池可以在更小的面積內(nèi)提供至少兩倍的鋰離子電池能量密度，這是隨著更復雜應用的儲能需求增長，科學家們熱衷于為它們創(chuàng)造穩(wěn)定可靠的制造工藝的一個關鍵原因。
脈沖代替壓力
他們說，直到現(xiàn)在，科學家們主要專注在高壓和其他方法將材料連接到固態(tài)電池中。然而，研究人員表示這種施壓的方法會造成電池元件的損壞，還需要使用高價的市場售后應用程序，需要重新應用以延長電池壽命。
橡樹嶺國家實驗室電氣化部門負責人兼工程共同領導人Ilias Belharouak解釋，這種新方法既不存在破壞性又是低成本的，通過發(fā)熱電流來代替壓力，提供了一種更安全的代替方案。
Ilias Belharouak在新聞發(fā)布會中說：“這種方法將實現(xiàn)全固態(tài)結構，而不會施加會損壞電池的外力，在電池使用期間不會改變。”
研究人員在先前的工作基礎上，通過電化學脈沖來修復固態(tài)電解質(zhì)形成的損傷性枝晶。在這種情況下，他們使用電化學脈沖消除鋰金屬陽極材料和固態(tài)電解質(zhì)材料連接時形成的空隙。他們使用的電池是使用陶瓷石榴石型電解質(zhì)LALZO（Li6.25Al0.25La3Zr2O12）作為電解質(zhì)。
Belharouak說，他們發(fā)現(xiàn)使用短且高壓的脈沖會增加材料界面接觸，但不會產(chǎn)生不利影響，鋰金屬包裹的空隙周圍的電流會導致空隙消散。
他在新聞稿中解釋：“我們研發(fā)的過程中，電池可以正常制造，如果電池負荷太多，可以通過脈沖來恢復連接接口。”
未來的試驗
研究人員在《ACS快報》雜志上發(fā)表了一篇關于他們研究的論文。
即使在脈沖成功應用之后，該團隊也對材料進行重復實驗和高級表征，以驗證其可行性。其試驗結果顯示，該方法不會降低電池組件性能，這就意味著可以移除固態(tài)設備內(nèi)的材料并將其刷新至原始容量。
研究人員說，我們團隊計劃繼續(xù)這項工作，包括使用更先進的電解質(zhì)材料進行實驗。
Belharouak補充說，橡樹嶺國家實驗室研究人員也正在努力升級方法，將該方法運用到產(chǎn)業(yè)規(guī)模的固態(tài)電池系統(tǒng)中，以證明該技術可以從實驗室過渡到現(xiàn)實世界。
他說：“有時候在實驗室研發(fā)的東西放入到電池結構中時，卻不能達到很好的效果。”團隊希望可以避免這一情況。
中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會 楊柳翻譯
2022.1.7
