人工智能加電鏡 全固態鋰電池研究取得重大科學進展
【化工儀器網 項目成果】在能源存儲領域，全固態鋰電池因其高安全性與高能量密度，被視為傳統液態鋰離子電池的有力接班人。然而，全固態電池商業化道路上的關鍵障礙之一在于電極材料(正極與負極)與固態電解質之間界面的不穩定性問題，這極大地限制了其性能與壽命。尤其是，高鎳層狀氧化物正極材料，作為當前主流的正極材料之一，其本征電化學不穩定性在全固態電池環境中更為顯著，導致電池性能快速衰減。
近期，中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家研究中心的王春陽研究員與加州大學爾灣分校的忻獲麟教授團隊，在前期對液態鋰電正極材料失效機制的深入研究基礎上(發表于Nature Materials, Matter, Nano Letters等頂級期刊)，針對全固態電池正極材料的失效機制展開了深入探索，并取得了重要科學突破。他們的研究成果以“Atomic Origin of Chemomechanical Failure of Layered Cathodes in All-Solid-State Batteries”為題，在《美國化學會志》(Journal of the American Chemical Society)上發表，揭示了全固態鋰電層狀氧化物正極材料在原子尺度的獨特失效機理。
該研究利用人工智能輔助的透射電子顯微鏡技術，實現了對正極材料微觀結構的精確表征，發現了全固態電池環境下晶格失氧與局部應力耦合導致的表面“晶格碎化”現象，以及脫鋰過程中剪切相變的誘導作用。其中，“晶格碎化”表現為納米級多晶巖鹽相的形成，這一新發現的失效模式對理解全固態電池正極材料的退化過程具有重要意義。此外，研究還揭示了與傳統液態電池截然不同的剪切界面新構型和大尺寸O1相的形成，這些發現不僅拓展了層狀氧化物正極材料的相變退化理論，也為未來正極材料和界面的優化設計提供了關鍵的理論依據。
此項研究展示了先進電子顯微學表征技術在能源材料科學中的強大潛力，對于推動全固態鋰電池技術的發展具有深遠影響。隨著研究的深入和技術的不斷進步，全固態電池有望在未來實現更加安全、高效、長壽命的能源存儲解決方案，為電動汽車、可穿戴設備、儲能系統等領域帶來革命性的變革。
素材來源：中國科學院金屬研究
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