马里兰大学发明全固态锂金属电池锂阳极中间层的设计策略 可抑制锂枝晶形成

盖世汽车讯 在过去的几十年里，工程师和化学家一直致力于开发先进的电池技术，以帮助满足电子行业不断增长的需求。新型电池应运而生，包括全固态电池。

全固态电池（ASSB）是在两个电极之间包含固体电解质的电池。这些电池，特别是全固态锂金属电池（ASSLB），可以表现出高能量密度和更高的安全性，解决了传统锂离子电池（LiB）设计的一些局限性。尽管ASSLB具有多种优势，但尚未大规模部署。部分原因是锂枝晶的生长及其高界面电阻会严重损害其性能。

据外媒报道，马里兰大学（University of Maryland）的研究人员提出一种设计安全、高能ASSLB的新原理，可以帮助为电动汽车和大型机器人系统开发更强大、更可靠的燃料电池。相关研究已发表于期刊《Nature Energy》。

图片来源：马里兰大学

“目前解决全固态电池锂枝晶问题主要在于反复试验实验，”该论文的第一作者Zeyi Wang表示。“本文不只是报告一个中间层，而是旨在开发一种界面设计原理，可以指导一系列中间层的制造。这是完全解决全固态电池中锂枝晶问题的一种方法。”

Wang及其同事最近工作的主要目标是确定一种有前景的策略来减轻ASSLB中锂枝晶的生长。为了实现这一目标，该团队建议在电池的锂阳极和固体电解质之间引入特殊层。

“在锂阳极和固体电解质之间添加特殊层可以潜在地解决锂枝晶问题，但中间层的特性对于实现这一目标至关重要，”Wang解释道。“我们的设计原理将电池稳定性与中间层的几个关键特性联系起来。具体来说，它强调中间层应该是疏锂的（即被锂金属排斥）、高离子导电性和轻微电子导电性以及多孔性。”

作为研究的一部分，研究人员利用其设计原理创建了面积容量为2.2 mAh cm-2的Li4SiO4@LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2/Li6PS5Cl/20 μm-锂电池。在最初的测试中，这些电池表现得非常好，在60°C、0.5℃倍率下运行350个循环后，仍保留了82.4%的容量。

Wang表示：“虽然之前的研究引入了许多用于抑制锂枝晶的界面，但它们的基本机制没有得到清楚的解释，并且设计不能推广。我们设计原则的成功在于它为开发安全电池开辟了新的机会。”

值得注意的是，Wang及其同事提出的设计原理可以应用于广泛的ASSB，有助于抑制锂枝晶的形成，从而提高电池性能。因此，它很快就会为开发各种安全且高性能的含有固体电解质的电池技术铺平道路，而这些技术可以为电动汽车和其他大型电子产品提供动力。

“在接下来的研究中，我们将测试更多接口来修改和验证设计原理，”Wang补充道。“然后，我们将根据设计原理优化界面材料。我们计划扩大生产规模，并在未来最终车辆上测试该设备。”