美国能源部橡树岭国家实验室（ORNL）研究人员已经研发了一种低成本电脉冲法来改善固态锂电池各层之间材料的接触。该研究解决了一个开发更高能量密度的电池的关键问题。
美国能源部（DOE）研究了一种稳定的制造过程，可以在更小的面积内为锂离子电池提供至少两倍的能量密度。
他们说，美国能源部(DoE)的研究人员在消除固态电池成功商业化的障碍方面迈出了重要一步，固态电池可用于电动汽车等高能量应用以及其他电子设备。
能源部橡树岭国家实验室的科学家们已经研发了一种可扩展且低成本的方法，以改善这些存储系统中的材料连接，众所周知，这些存储系统比当前的锂离子设计具有安全性、效率和寿命优势。
研究人员说，有一种称为接触阻抗的现象，是在重复充放电循环中使材料能够正确连接且保持稳定，这对于大规模制造固态电池来说是一种挑战。这些电池使用固态电解质材料，而不是目前大多数商用锂离子电池使用的液体电解质。。
固态电池可以在更小的面积内提供至少两倍的锂离子电池能量密度，这是随着更复杂应用的储能需求增长，科学家们热衷于为它们创造稳定可靠的制造工艺的一个关键原因。
脉冲代替压力
他们说，直到现在，科学家们主要专注在高压和其他方法将材料连接到固态电池中。然而，研究人员表示这种施压的方法会造成电池元件的损坏，还需要使用高价的市场售后应用程序，需要重新应用以延长电池寿命。
橡树岭国家实验室电气化部门负责人兼工程共同领导人Ilias Belharouak解释，这种新方法既不存在破坏性又是低成本的，通过发热电流来代替压力，提供了一种更安全的代替方案。
Ilias Belharouak在新闻发布会中说：“这种方法将实现全固态结构，而不会施加会损坏电池的外力，在电池使用期间不会改变。”
研究人员在先前的工作基础上，通过电化学脉冲来修复固态电解质形成的损伤性枝晶。在这种情况下，他们使用电化学脉冲消除锂金属阳极材料和固态电解质材料连接时形成的空隙。他们使用的电池是使用陶瓷石榴石型电解质LALZO（Li6.25Al0.25La3Zr2O12）作为电解质。
Belharouak说，他们发现使用短且高压的脉冲会增加材料界面接触，但不会产生不利影响，锂金属包裹的空隙周围的电流会导致空隙消散。
他在新闻稿中解释：“我们研发的过程中，电池可以正常制造，如果电池负荷太多，可以通过脉冲来恢复连接接口。”
未来的试验
研究人员在《ACS快报》杂志上发表了一篇关于他们研究的论文。
即使在脉冲成功应用之后，该团队也对材料进行重复实验和高级表征，以验证其可行性。其试验结果显示，该方法不会降低电池组件性能，这就意味着可以移除固态设备内的材料并将其刷新至原始容量。
研究人员说，我们团队计划继续这项工作，包括使用更先进的电解质材料进行实验。
Belharouak补充说，橡树岭国家实验室研究人员也正在努力升级方法，将该方法运用到产业规模的固态电池系统中，以证明该技术可以从实验室过渡到现实世界。
他说：“有时候在实验室研发的东西放入到电池结构中时，却不能达到很好的效果。”团队希望可以避免这一情况。
中国化学与物理电源行业协会 杨柳翻译
2022.1.7