中國儲能網訊：研究表明盡管使用無機固態(tài)電解質能夠提升電池的安全性，尤其是硫化物固態(tài)電解質具有較高的鋰離子傳輸性能，且作為固態(tài)電解質基本不受離子濃度變化的影響，但總體上而言，現(xiàn)階段觀察到全固態(tài)電池的充放電性能仍然低于使用離子液體的有機電解質的鋰離子電池。由于電池的電化學反應發(fā)生在電極活性物質與電解質之間的界面上，良好的界面將能夠提供優(yōu)異的化學反應場所，有利于活性物質充分的發(fā)揮其化學性能，另外電極中離子和電子的傳輸性能也將影響電池的性能，離子和電子傳輸路徑與電極的微觀結構有關，它們取決于電極的制造工藝如外部壓力等條件。對于常規(guī)液體電池而言，活性物質與電解質之間基本能夠實現(xiàn)充分潤濕與接觸，能夠提供良好的界面，但對于全固態(tài)電池而言，不僅固相之間的潤濕性能較差，還會導致離子和電子的傳輸存在較大問題。
常規(guī)的做法是在電極制造的過程中施加一定的壓力，來克服固態(tài)粉末之間的固-固接觸。在電極制造過程中，盡管施加高壓改善了粉末之間的固-固接觸，但后續(xù)在電池充放電反應復合電極不同材料的體積變化，會導致活性物質和固態(tài)電解質之間接觸不良，因此在充放電過程中同樣需要一定壓力用以克服帶來的問題。根據相關文獻一般需要施加的壓力為1MPa，遠低于電極制造過程中的百MPa，壓力參數(shù)直接影響復合電極中的空隙率，并改變表觀離子電導率。
近日豐田公司研究人員及其合作者設計具體的實驗利用X射線斷層掃描的方法分析了壓力對復合電極形態(tài)結構和全固態(tài)電池（ASSB）電池電化學性能的影響。結果發(fā)現(xiàn)：（1）增加壓力會降低電極的孔隙率，有效提高活性材料（AM）與固體電解質（SE）之間的接觸面積。降低孔隙率、提升接觸面積會顯著影響電極的表觀電導率；（2）AM和SE之間接觸面積的提升使得電極中電荷轉移電阻降低了一個數(shù)量級；（3）外部施加壓力使得電池充電/放電容量有效增加，表明正極材料電化學活性得到有效提升，根據實驗數(shù)據隨壓力增加電池充放電容量呈現(xiàn)出指數(shù)級別的增加。通過對實驗結果進行分析認為盡管表觀電導率的提高和電荷轉移電阻的降低，都有利于提升電池的電化學性能，但電荷轉移電阻降低的效果尤為明顯。AM和SE之間的接觸界面略微垂直于施加的壓力。同時實驗發(fā)現(xiàn)通過垂直于AM和SE接觸面的方向實施壓力，即使外部實施較低的壓力也能達到較為理想的效果。
點評：從日本或豐田公司對全固態(tài)電池的研究跟蹤來看，認為目前日本對固態(tài)電池研究主要聚焦在工藝端，如何通過工藝研究更好的提升全固態(tài)電池的電化學性能以及實現(xiàn)全固態(tài)電池規(guī)?；慨a。
相關研究成果“Pressure dependence on the three-dimensional structure of a composite electrode in an all-solidstate battery”為題發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A上。
【文獻信息】Yuya Sakka, Hisao Yamashige, Ayaka Watanabe, Akihisa Takeuchi,Masayuki Uesugi, Kentaro Uesugic and Yuki Orikas，Pressure dependence on the three-dimensional structure of a composite electrode in an all-solidstate battery，J. Mater. Chem. A, 2022, 10,16602.
