解决Vexing固态锂离子电池问题

几乎电池世界的每个人都在谈论固态电池作为“下一个新事物”。商用锂离子电池可以为手机，电动汽车(EV)和电网提供动力。然而，普遍的共识是，它们已接近其发展道路的终点，不久将需要新的东西。作为传统锂离子电池的替代品，预计固态电池更安全并且具有更高的能量密度。固态电池用固体聚合物或玻璃材料代替传统的易燃液体有机溶剂电解质，不会燃烧，因此更安全。通常，它们还用锂金属箔代替石墨阳极，使能量密度增加两倍或更多。但到目前为止，构成阴极(正极)的金属氧化物与固体电解质之间的界面处的电阻太高，产生热量并阻止快速充电和放电。

Atlantic Design&Manufacturing是东海岸领先的设计工程师贸易展，提供最新的3D打印，自动化和CAD / CAM软件，包括FedEx，GE Appliances，Procter&Gamble以及其他数百种软件。由Taro Hitosugi教授领导的东京工业大学和东北大学的研究人员在阴极材料和固体电解质之间开发了一系列薄膜层，大大降低了界面处的电阻。这两个机构的研究最近发表在ACS应用材料与接口杂志上。

通过各种材料层的薄膜沉积在超高真空中制造测试电池。阴极(正极)是锂 - 镍 - 锰 - 氧化物(Li(Ni0.5Mn1.5)O4或LNMO)。这种材料被认为是有前景的，因为它具有比大多数现有锂离子电池化学品产生的标准4.2伏更高的电压电位(与锂金属阳极一起使用时为5伏)。为了制造硬币配置的测试电池，将20nm厚的LaNiO3层(镧 - 镍 - 氧化物)沉积在由掺杂铌的钛酸锶陶瓷(Nb：SrTiO3)制成的基板上。在其上沉积60nm厚的LNMO层，其与Li3PO4固体电解质直接接触。在550nm厚的固体电解质的另一侧的顶部放置500nm厚的锂金属层，其充当阳极(负电极)。

使用X射线衍射和拉曼光谱，分析了电池薄膜的晶体结构。“从Li3PO4层到LNMO层发现Li离子的自发迁移，在Li3PO4/ LNMO界面将LNMO的一半转化为L2NMO，”研究人员称，根据东京工业大学的新闻稿。根据发布的信息，在初始充电过程中发生反向迁移以再生LNMO。

也许更显著，在电阻这个接口测量使用电化学阻抗谱-被发现是7.6欧姆，归一化到电极面积(Ω厘米2)。据新闻报道，这比先前基于LMNO的固态电池的测量值小约两个数量级。据东京工业大学(Tokyo Tech)称，它甚至比使用LMNO的液体电解质基锂离子电池更小。研究人员还发现，即使在100次充放电循环后，电池的性能也没有下降。

虽然必须注意不要过多地研究非常小规模的电池，但Hitosugi教授及其团队的工作解决了固态锂电池进一步发展的绊脚石之一。如果他们的解决方案在商业用途扩展到全尺寸袋和圆柱形电池时证明是可行的，它可以推动改变游戏规则，备受期待的固态锂电池的发展。