来自东京都立大学的研究人员为固态锂金属电池开发了一种新的准固态阴极，大大降低了阴极和固态电解质之间的界面电阻。通过添加一种离子液体，他们改良的阴极可以与电解质保持良好的接触。新开发的原型电池也显示出良好的容量保持，尽管找到最佳的离子液体仍然具有挑战性，但这一想法有望为实际应用的固体锂电池开发提供新的方向。




锂离子电池已经变得无处不在，在我们的智能手机、笔记本电脑、电动工具和电动汽车中随处可见。但是，当我们寻找具有更高能量密度的更好的解决方案时，科学家们已经转向了固态锂金属电池。锂金属电池比锂离子电池具有更高的能量密度。它们被认为是电池的未来，可以为大规模的车辆和电网提供动力。


然而，技术问题使固态锂金属电池无法进入环境条件比较苛刻的的应用。其中一个主要问题是电极和固体电解质之间的界面设计。锂离子电池中的电解质通常是液体，高度易燃，构成安全隐患。这就是为什么人们一直在尝试使用固态电解质来代替。然而，电极和固体电解质之间很难实现良好的接触。任何一方的表面如果产生粗糙的情况都会导致高界面电阻，这困扰着电池的性能。已经有一些工作在研究固体电解质的设计，但阴极设计仍然是一个开放的问题。


由东京都立大学Kiyoshi Kanamura教授领导的一个团队一直在开发新的方法，以改善固态锂金属电池中阴极和固态电解质之间的接触。现在，他们已经成功地创造了一种准固态的氧化钴锂（LiCoO2）阴极，其中含有室温的离子液体。离子液体由正离子和负离子组成，它们还可以传输离子。重要的是，它们可以填补阴极/固体电解质界面的微小空隙。随着空隙的填充，界面阻力明显下降。


该团队的方法也带来了其他好处。离子液体不仅具有离子导电性，而且几乎不挥发且通常不易燃。它们对形成阴极的阻碍也很小，使制造过程几乎不受影响。该团队展示了用他们的准固态阴极和固体"石榴石"电解质（指其结构）制成的原型电池，该电池显示出良好的可充电性，在60℃的高温下进行100次充/放电循环后，容量保持率达到80%。进一步的研究还发现，最佳的离子液体含量为11wt%。


但问题仍然存在，比如现在急需找到一种更好的、不容易降解的离子液体。然而，该团队的新范式为固态金属锂电池的研究提供了令人兴奋的新方向，并有可能将其带出实验室，进入我们的生活。