全固态电池通常被称为“梦想电池”，是许多电池制造商竞相推向市场的下一代电池。与使用液体电解质的锂离子电池不同，包括电解质、阳极、阴极在内的所有组件都是固体的，因此爆炸的风险降低，因此在汽车、储能系统(ESS)等市场需求量很大。

　　然而，维持全固态电池稳定运行所需的高压(10s MPa)的设备存在能量密度和容量等降低电池性能的问题，必须解决这些问题才能商业化。

　　韩国科学技术研究院(KIST)能源存储研究中心的郑宪基博士和他的团队发现，在与锂离子电池相似的压力下，全固态电池的容量会迅速下降，寿命会缩短。这项研究发表在《先进能源材料》杂志上。

　　与之前的研究不同，研究人员首次证实，阴极内部和外部都可能发生降解，这表明，即使在低压环境下，全固态电池也可以可靠地运行。

　　在全固态电池中，阴极和阳极在反复充放电过程中会发生体积变化，导致活性材料与固体电解质之间的副反应和接触损失等界面退化，从而增加界面电阻，降低电池性能。

　　为了解决这个问题，使用外部设备来维持高压，但这样做的缺点是随着电池重量和体积的增加，能量密度会降低。研究正在进行中感应在全固态电池内部，即使在低压环境下也能保持电池的性能。

　　研究组在与硬币型锂离子电池相似的0.3 MPa低压环境下，用硫化物基固体电解质反复运行硬币型全固态电池，分析了性能下降的原因。

　　经过50次充放电循环后，NCM阴极层的体积膨胀了约2倍，截面图像分析证实，阴极活性材料与固体电解质之间出现了严重的裂纹。这表明，除了界面接触损失外，阴极材料的开裂和不可逆的阴极相变是低压运行中退化的原因。

　　在用同位素(6Li)取代阴极中的锂以区分固体电解质中的锂之后，该团队使用飞行时间二次离子质谱法(TOF-SIMS)首次确定了阴极中锂消耗导致整体电池容量降低的机制。

　　在反复的充放电循环中，固体电解质的分解产物硫注入阴极材料的裂缝中，形成不导电的副产物硫化锂。这耗尽了活性锂离子，促进了阴极相变，降低了全固态电池的容量。

　　通过清晰地识别全固态电池在低压工作环境下退化的原因，这些分析方法为解决与传统锂离子电池相比循环特性差的问题提供了线索。如果这个问题得到解决，有望消除一直以来导致生产成本上升的外部辅助设备，从而确保全固态电池的经济性。

　　KIST的郑勋基博士表示:“为了实现全固态电池的商业化，开发出可以在无压力或低压环境下工作的新型阴极和阳极材料，而不是目前的高压环境，是至关重要的。”

　　“如果将低压全固态电池应用于电动汽车等中大型应用，将充分利用现有的锂离子电池生产设施。”

　　更多信息:Hyeon - Ji Shin等，全固态电池在低压条件下加速降解的新思考，Advanced Energy Materials(2023)。DOI: 10.1002 / aenm.202301220期刊信息:Advanced Energy Materials

　　Natio提供

　　国家科学技术研究委员会

　　引用:全固态电池降解机理的研究向商业化又迈进了一步(2023,12月4日)2023年12月4日检索自https://techxplore.com/news/2023-12-degradation-mechanism-all-solid-state-batteries-commercialization.html本文档

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