東工大解明全固態LiB界面電阻成因,並成功將界面電阻降低至1/2800

 

刊登日期:2022/8/25
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東京工業大學發表解明了全固態鋰離子電池(LiB)界面電阻的起源,並確認硫化物固體電解質與電極材料之間的高界面電阻原因來自於化學反應層。
研究團隊以Li3PS4薄膜做為硫化物固體電解質,並以LiCoO2(001)磊晶薄膜(Epitaxial Film)為電極製作了薄膜型全固態電池,卻發現電池未能正常運作。但在Li3PS4與LiCoO2的界面處導入厚度約10nm的Li3PS4固體電解質做為緩衝層後,成功地讓電池運作。對電池內部進行評估後,確認緩衝層的導入促使Li3PS4與LiCoO2之間的界面電阻降低至導入前的2,800分之1,進而改善了電池的運作。

利用穿透式電子顯微鏡進行觀察,在Li3PS4與LiCoO2的界面處,隨著做為固體電解質構成元素之一的硫擴散到LiCoO2電極中,在LiCoO2表面附近觀察到結構變化,形成了化學反應層。且隨著結構的變化,發現LiCoO2電極的鈷在界面附近還原。相比之下,在導入Li3PS4緩衝層的界面處,並未觀察到硫擴散與鈷的氧化狀態變化,LiCoO2(001)表面仍維持在原子等級的狀態。從研究結果可證明界面處高電阻的機制是由於固體電解質與電極之間產生了化學反應層,而緩衝層則抑制了化學反應層的形成。透過此項研究成果,將可望有助於高速充電、穩定的電池運行等全固態LiB的高性能化有所貢獻。


資料來源: 化學工業日報 / 材料世界網編譯
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