東京

都立

大學的研究人員已經證明，電化學阻抗譜

（

EIS

）

可以成為研究全固態鋰金屬電池

退化

機制的強有力的非破壞性工具。他們研究了透過氣溶膠沉積和加熱製備的陶瓷基全固態鋰金屬電池，確定了導致效能下降的特定介面。

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發表在

ACS

《

Applied Materials & Interfaces

》雜誌上，準確地強調了將這些頂級電池推向市場需要克服的工程障礙。

電動汽車是全球減少碳排放努力的重要組成部分。每輛電動汽車的核心都是電池。電池設計仍然是最大行駛里程和提高車輛安全性的關鍵瓶頸。其中一種被提出的解決方案是全固態鋰金屬電池，它有可能提供更高的能量密度、安全性和較低的複雜性，但技術問題繼續阻礙著它們

的更廣泛應用

。

一個主要問題是電極和固體電解質之間大

的

介面電阻。在許多電池設計中，陰極和電解質材料都是脆性陶瓷

。

這使得

它們

之間很難有良好的

接觸

。診斷哪個介面真正導致了問題也是一個挑戰。研究全固態鋰金屬電池的

退化

通常需要將其切開

，

這

種方法導致我們

不可能發現電池

在

工作時發生了什麼。

東京

都立

大學

Kiyoshi Kanamura

教授領導的團隊一直在利用一種稱為氣溶膠沉積的技術開發具有較低介面電阻的全固態鋰金屬電池。微觀正極材料塊被加速到陶瓷電解質材料層，在那裡它們碰撞並形成緻密層。

為了克服碰撞時產生裂紋的問題，該團隊在大塊正極材料上塗上了一種

“

焊料

”

材料，即一種更柔軟、熔點低的材料，可以經過熱處理，使新形成的正極和電解質之間產生良好的接觸。最終的全固態

Li/Li

7

La

3

Zr

2

O

12

/LiCoO

2

電池在

0。2°C

和

60°C

下的初始放電容量均高達

128 mAh g

-1

，並在

30

次充放電迴圈後保持

87%

的高容量保留率。對於含有陶瓷氧化物電解質的全固態鋰金屬電池來說，這是一個

不錯

的結果，這使得真正掌握鋰金屬電池如何

退化

變得更加重要。

在這裡，研究小組使用了電化學阻抗譜，一種在電化學中廣泛使用的診斷工具。透過解釋電池對不同頻率電訊號的反應，他們可以

分別測

出電池中不同介面範圍內的電阻。在他們的新電池中，他們發現正極材料和焊料之間的電阻增加是電池容量衰減的主要原因。重要的是，他們在沒有

拆解電池

的情況下實現了這一點。他們還能夠使用原位電子顯微鏡來

佐證了這一判斷

，

原位電子顯微鏡

清楚地識別出迴圈過程中的介面開裂。

該團隊的創新不僅實現了先進的電池設計，

而且更重要的是

使用一種無損傷、廣泛使用的方法

為電池的進一步改進提供依據

。

這有利於加快

電動汽車電池

的開發程序

。

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《電化學阻抗譜》（化學工業出版社2014年出版）

，該書詳細地論述了不同電化學過程的電化學模型，介紹了電化學阻抗譜解析的目標。最後，闡述了採用統計分析方法，分析電化學阻抗譜測試的誤差，包括介紹K-K轉化方法分析、確定電化學動力學模型的正確性。同時，對電化學阻抗譜技術的發展、應用及其存在的問題進行了回顧總結，並列出了一些重要的參考資料。

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