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日本東京工業(yè)大學(xué)（Tokyo Tech）、東北大學(xué)、國(guó)立先進(jìn)工業(yè)科學(xué)技術(shù)研究院（AIST）和日本工業(yè)大學(xué)的科學(xué)家們通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，清潔的電解液/電極界面是實(shí)現(xiàn)高容量固態(tài)鋰電池的關(guān)鍵。他們的發(fā)現(xiàn)為改進(jìn)電池設(shè)計(jì)鋪平了道路，提升了移動(dòng)設(shè)備和電動(dòng)汽車的容量、穩(wěn)定性和安全性。

液態(tài)鋰離子電池?zé)o處不在，在大多數(shù)日常移動(dòng)設(shè)備中都能找到。雖然它們擁有相當(dāng)多的優(yōu)勢(shì)，但液態(tài)電池也存在顯著的風(fēng)險(xiǎn)。近年來(lái)這一點(diǎn)越來(lái)越受到人們的關(guān)注，因?yàn)樵卸啻螆?bào)道稱智能手機(jī)因設(shè)計(jì)錯(cuò)誤導(dǎo)致電池液態(tài)電解液泄漏而起火。

考慮到如制造成本、耐久性和容量等其它缺點(diǎn)，科學(xué)家開始著眼一種不同的技術(shù)：固態(tài)鋰電池（SSLB）。固態(tài)鋰電池由固態(tài)電極和固態(tài)電解質(zhì)組成，在充、放電過(guò)程中交換鋰（Li）離子。更高的能量密度和安全性使固態(tài)鋰電池成為非常強(qiáng)大的能源。

然而，仍有許多技術(shù)挑戰(zhàn)阻礙了固態(tài)鋰電池的商業(yè)化。研究人員為此進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)，獲得的深刻見解可以將固態(tài)鋰電池的性能提升一個(gè)水平。領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的東京工業(yè)大學(xué)Taro Hitosugi教授解釋了他們的動(dòng)機(jī)：“LiNi0.5Mn1.5O4（LNMO）是一種富有前景的固態(tài)鋰電池正極材料，因?yàn)樗梢援a(chǎn)生相對(duì)較高的電壓。在這項(xiàng)研究中，我們證明了電池可以在2.9 V和4.7 V下運(yùn)行，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了大容量、穩(wěn)定循環(huán)和電解質(zhì)/電極界面的低電阻。”

之前的研究提示，在基于LNMO的固態(tài)鋰電池中，干凈的電解質(zhì)/電極界面對(duì)于實(shí)現(xiàn)低界面電阻和快速充電至關(guān)重要?？茖W(xué)家們還注意到，Li離子在制備過(guò)程中自發(fā)地從Li3PO4（LPO）電解液遷移到LNMO層，在LNMO中形成Li2Ni0.5Mn1.5O4（L2NMO）相態(tài)，其分布未知，且對(duì)電池性能有影響。

研究小組分析了Li0Ni0.5Mn1.5O4 （L0NMO）和L2NMO相態(tài)之間在充、放電過(guò)程中晶體結(jié)構(gòu)的變化，從而研究出L2NMO相態(tài)的情況。他們還研究了真空制備的干凈LPO/LNMO界面上L2NMO的初始分布，以及電極厚度的影響。

引人注目的是，在固態(tài)鋰電池充、放電的過(guò)程中，干凈的界面有利于Li的插入和脫插。因此，界面干凈的固態(tài)鋰電池的容量是常規(guī)LNMO電池的兩倍。此外，這項(xiàng)研究還首次發(fā)現(xiàn)了固態(tài)鋰電池中L0NMO和L2NMO相態(tài)之間存在穩(wěn)定的可逆反應(yīng)。

日本東北大學(xué)助理教授、該研究的主要作者Hideyuki Kawasoko說(shuō)：“我們的研究結(jié)果表明，形成無(wú)污染、清潔的LPO/LNMO界面是提高固態(tài)鋰電池容量的關(guān)鍵，同時(shí)可確?？焖俪潆姇r(shí)的低界面電阻。”

除了移動(dòng)設(shè)備，固態(tài)鋰電池還可以在電動(dòng)汽車上占有一席之地，因?yàn)殡妱?dòng)汽車的成本和電池耐久性是廣泛商業(yè)化的主要障礙。這項(xiàng)研究的結(jié)果為未來(lái)的固態(tài)鋰電池設(shè)計(jì)提供了重要的見解，并為從化石燃料向更環(huán)保的交通運(yùn)輸方式過(guò)渡鋪平了道路。請(qǐng)密切關(guān)注固態(tài)鋰電池時(shí)代的到來(lái)！