(资料图)

研究表明尽管使用无机固态电解质能够提升电池的安全性，尤其是硫化物固态电解质具有较高的锂离子传输性能，且作为固态电解质基本不受离子浓度变化的影响，但总体上而言，现阶段观察到全固态电池的充放电性能仍然低于使用离子液体的有机电解质的锂离子电池。由于电池的电化学反应发生在电极活性物质与电解质之间的界面上，良好的界面将能够提供优异的化学反应场所，有利于活性物质充分的发挥其化学性能，另外电极中离子和电子的传输性能也将影响电池的性能，离子和电子传输路径与电极的微观结构有关，它们取决于电极的制造工艺如外部压力等条件。对于常规液体电池而言，活性物质与电解质之间基本能够实现充分润湿与接触，能够提供良好的界面，但对于全固态电池而言，不仅固相之间的润湿性能较差，还会导致离子和电子的传输存在较大问题。

常规的做法是在电极制造的过程中施加一定的压力，来克服固态粉末之间的固-固接触。在电极制造过程中，尽管施加高压改善了粉末之间的固-固接触，但后续在电池充放电反应复合电极不同材料的体积变化，会导致活性物质和固态电解质之间接触不良，因此在充放电过程中同样需要一定压力用以克服带来的问题。根据相关文献一般需要施加的压力为1MPa，远低于电极制造过程中的百MPa，压力参数直接影响复合电极中的空隙率，并改变表观离子电导率。

近日丰田公司研究人员及其合作者设计具体的实验利用X射线断层扫描的方法分析了压力对复合电极形态结构和全固态电池（ASSB）电池电化学性能的影响。结果发现：（1）增加压力会降低电极的孔隙率，有效提高活性材料（AM）与固体电解质（SE）之间的接触面积。降低孔隙率、提升接触面积会显著影响电极的表观电导率；（2）AM和SE之间接触面积的提升使得电极中电荷转移电阻降低了一个数量级；（3）外部施加压力使得电池充电/放电容量有效增加，表明正极材料电化学活性得到有效提升，根据实验数据随压力增加电池充放电容量呈现出指数级别的增加。通过对实验结果进行分析认为尽管表观电导率的提高和电荷转移电阻的降低，都有利于提升电池的电化学性能，但电荷转移电阻降低的效果尤为明显。AM和SE之间的接触界面略微垂直于施加的压力。同时实验发现通过垂直于AM和SE接触面的方向实施压力，即使外部实施较低的压力也能达到较为理想的效果。

点评：从日本或丰田公司对全固态电池的研究跟踪来看，认为目前日本对固态电池研究主要聚焦在工艺端，如何通过工艺研究更好的提升全固态电池的电化学性能以及实现全固态电池规模化量产。

相关研究成果“Pressure dependence on the three-dimensional structure of a composite electrode in an all-solidstate battery”为题发表在Journal of Materials Chemistry A上。

【文献信息】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.