全固态电池降解机理研究向商业化又迈进了一步
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、阳极和阴极在内的所有组件都是固体，降低了爆炸风险，并且在从汽车到储能系统(ESS)等市场中需求量很大。
然而，维持全固态电池稳定运行所需的高压(10sMPa)的装置存在降低电池性能(例如能量密度和容量)的问题，必须解决商业化问题。
韩国科学技术研究院(KIST)储能研究中心的Hun-GiJung博士和他的团队已经发现，当全固态电池在类似的压力下运行时，会导致容量快速下降并缩短寿命。那些锂离子电池。该研究发表在《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，阴极内部和外部都会发生降解，这表明全固态电池即使在低压环境下也能可靠运行。
在全固态电池中，正极和负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发生副反应和接触损失等界面降解，从而增加界面电阻并恶化电池性能。
为了解决这个问题，采用外部装置来维持高压，但这具有随着电池重量和体积增加而降低能量密度的缺点。正在对全固态电池内部进行研究，以保持电池的性能，即使在低压环境下也是如此。
研究小组通过在0.3MPa的低压环境下反复运行具有硫化物基固体电解质的硬币型全固态电池，分析了性能下降的原因，类似于硬币型锂离子电池的性能下降的原因。电池。
经过50次充放电循环后，NCM正极层的体积膨胀了约两倍，横截面图像分析证实正极活性材料和固体电解质之间出现了严重的裂纹。这表明，除了界面接触损失之外，正极材料的破裂和不可逆的正极相变也是低压运行中退化的原因。
在用同位素(6Li)替换阴极中的锂以将其与固体电解质中存在的锂区分开来后，该团队首次使用飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)进行识别，阴极中的锂消耗导致电池整体容量降低的机制。
在重复的充电-放电循环过程中，固体电解质的分解产物硫注入正极材料的裂纹中，形成硫化锂，这是一种不导电的副产品。这耗尽了活性锂离子并促进了阴极相变，从而降低了全固态电池的容量。
通过清楚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较差的问题提供了线索。如果这个问题得到解决，预计可以通过消除外部辅助装置来确保全固态电池的经济性，而外部辅助装置一直是生产成本上升的主要原因。
Hun-Gi博士表示：“对于全固态电池的商业化，开发能够在无压或低压环境而不是目前的加压环境下运行的新型正极和负极材料至关重要。”KIST的荣格。
“当低压工作全固态电池应用于电动汽车等中大规模应用时，预计将充分利用现有的锂离子电池制造设施。”