解決固態(tài)電池阻抗問題的理論方法

針對全固態(tài)電池研發(fā)的界面阻抗高引起的庫倫效率問題、固態(tài)電解質(zhì)與正負(fù)極產(chǎn)生副反應(yīng)的問題，采用特殊涂料理論上可以解決固態(tài)電池阻抗問題的庫倫效率達(dá)99.8%，

在固態(tài)電池中，固態(tài)電極與固體電解質(zhì)之間會形成固-固界面，與傳統(tǒng)電池的固-液界面擁有良好的接觸性不同，固體與固體之間的直接接觸難以做到無縫。即是說，固-固界面的接觸面積要比相同規(guī)格的固-液界面接觸面積小。

根據(jù)接觸面積影響離子電導(dǎo)率的原理，接觸面積越小，界面之間的離子電導(dǎo)率就越低，阻抗也就越大。

而在相同電壓下，阻抗越大，電流也就越小，電池的庫倫效率就越低。

不僅如此，固態(tài)電解質(zhì)在與活性正極材料接觸的過程中，也會產(chǎn)生界面副反應(yīng)。

根據(jù)研究成果表明，正極鋰離子脫嵌過程中產(chǎn)生的氧將會與硫化物固態(tài)電解質(zhì)中的鋰產(chǎn)生強烈的靜電作用，電解質(zhì)與正極材料之間陽離子的互擴(kuò)散會形成SEI膜（一種覆蓋在電極表面的鈍化層），并在反復(fù)的循環(huán)中出現(xiàn)增厚、阻礙離子運輸?shù)默F(xiàn)象。這一現(xiàn)象也會導(dǎo)致電池的庫倫效率降低。

為應(yīng)對上述兩個問題，在正負(fù)電極方面進(jìn)行了如下處理。

在正極方面，通過對正極NCM材料涂覆一層5nm厚的LZO（Li2OZrO2）涂層，用來改善正極與電解質(zhì)固-固界面的阻抗性能。

NCM正極材料外涂覆的LZO涂層

與此同時，涂覆的LZO涂層阻斷了正極材料與硫化物固態(tài)電解質(zhì)之間的副反應(yīng)，這使得二者間不會出現(xiàn)SEI膜，庫倫效率得到了提升，放電容量的衰減也同時被大幅減緩。

在負(fù)極方面，硫化物固態(tài)電解質(zhì)通過銀碳層與負(fù)極間接接觸，界面阻抗同樣得到了改善，銀離子還能夠幫助鋰離子完成在負(fù)極的均勻沉積，阻抗進(jìn)一步減小。

而使用SUS集電器作為負(fù)極材料的另一個原因也是因為SUS集電器與硫化物幾乎不產(chǎn)生反應(yīng)，也就是說負(fù)極與硫化物固態(tài)電解質(zhì)的副反應(yīng)的可能性也被斷絕。

除此之外，所選用的輝石型硫化物固態(tài)電解質(zhì)擁有與一般液態(tài)電解質(zhì)相同的離子傳導(dǎo)率（1-25ms/cm），因此，該電解質(zhì)本身的導(dǎo)電能力就很強，對于提升庫倫效率也有幫助。

在1000次的充放電循環(huán)中，該套電池解決方案的平均庫倫效率大于99.8%。而在去年7月，我國中科院物理所發(fā)表的固態(tài)電池解決方案中，其電池的庫倫效率大約為93.8%。

通過銀碳復(fù)合材料與SUS集電器負(fù)極，有效解決了固態(tài)鋰電池的鋰枝晶形成問題，LZO涂層對正極的包覆也使得電池系統(tǒng)的庫倫效率達(dá)到了99.8%?？梢哉J(rèn)為，固態(tài)電池技術(shù)的關(guān)鍵難點已被攻克，固態(tài)電池產(chǎn)品距離量產(chǎn)又近了一步。

這意味著在未來五年的時間里，布局固態(tài)電池領(lǐng)域的車企、動力電池供應(yīng)商以及跨界玩家都將順著這一思路進(jìn)行研究，推動固態(tài)電池領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)從研發(fā)到量產(chǎn)的突破。