东京都立大学使用EIS方法衡量EV电池健康状况 实现无损伤

盖世汽车讯 据外媒报道,东京都立大学(Tokyo Metropolitan University)的研究人员证明,电化学阻抗谱(EIS)用于研究全固态锂金属电池降解机制时,其功能强大且可实现无损操作。研究人员对通过气溶胶沉积和加热制备的陶瓷基全固态锂金属电池进行了研究,确定了导致性能下降的特定界面。

东京都立大学使用EIS方法衡量EV电池健康状况 实现无损伤

图片来源:东京都立大学

全固态锂金属电池或可提供更高的能量密度、安全性和更低的复杂性,但因其技术问题一直受到阻碍,无法应用于日常电动汽车(EV)中。

主要挑战之一是电极和固体电解质之间的大界面电阻。在许多电池设计中,阴极和电解质材料采用的都是脆性陶瓷,因此很难实现良好联系。挑战之二是无法获悉具体哪个接口引发问题。研究全固态锂金属电池的退化通常需要将电池切开,但这也使得无法发现电池运行时发生的状况。

由东京都立大学Kiyoshi Kanamura教授领导的团队一直在使用一种称为气溶胶沉积的技术开发具有较低界面电阻的全固态锂金属电池。阴极材料的微观块被加速朝向陶瓷电解质材料层,然后碰撞并形成致密层。

为了克服碰撞时形成裂纹的问题,该团队在正极材料块上涂上“焊料”材料,即一种更柔软、低熔点的材料,可以对其进行热处理,以在新形成的正极和电解质之间产生良好的接触。最终的全固态Li/Li7La3Zr2O12/LiCoO2电池在0.2 °C和60 °C下均具有128 mAh g-1的高初始放电容量,并在30次充放电循环后保持87%的高容量保持率。这是具有陶瓷氧化物电解质的最佳全固态锂金属电池,因此真正掌握电池如何降解也变得更加重要。

该团队使用了一种广泛使用的电化学诊断工具:电化学阻抗谱(EIS)进行研究。通过解释电池如何响应不同频率的电信号,研究人员以分离出电池中不同接口范围的电阻。在新电池中,研究人员发现阴极材料和焊料之间的电阻增加是电池容量衰减的主要原因。重要的是,这一发现是在没有撕裂电芯的情况下实现的。研究人员还使用原位电子显微镜来支持这一发现,清楚地识别循环过程中的界面开裂。

该团队的创新不仅实现了尖端的电池设计,而且可使用无损坏、广泛可用的方法实现电池的进一步改进。该新发现将推动下一代电动汽车电池的发展。

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