固态锂电池抗裂新思路：关键技术突破与解析

来源：科技日报

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美国斯坦福大学的研究团队在固态锂金属电池的瓶颈——固态电解质的抗开裂问题上取得了关键性突破。他们通过在该电解质表面引入一层经过退火处理的超薄银涂层，显著提升了材料抵抗开裂的能力，使其在受到机械压力和快速充电循环时表现更为稳定。这项发表在最新一期《自然·材料》期刊上的研究成果，为固态锂金属电池迈向实用化扫清了一个重要障碍。

与目前主流的锂离子电池不同，固态电池采用固态电解质替代了易燃易爆的液态电解质，理论上拥有更高的安全性、能量密度和更快的充电速度。然而，这类固态材料本身往往像陶瓷一样又硬又脆，在制造和使用过程中极易产生难以察觉的微小裂纹。这些裂纹会在反复的电量充放或快速充电过程中逐渐扩张，最终导致电池性能急剧衰减甚至失效。

在生产环节中，要完全消除这些微观缺陷几乎是不可能的。与其执着于制造出完美无瑕的材料，不如设法改良材料本身，让其对这些缺陷不那么敏感。

此次研究中，团队以锆镧锂氧化物（LLZO）固态电解质作为研究对象。为了增强其机械稳定性，研究人员在其表面沉积了一层厚度仅约3纳米的超薄银层，并对样品进行了特定温度的热处理。

实验结果表明，热处理后，银原子能够以带正电的活性形式渗入电解质表层，使材料表面变得更加坚固且富有韧性。在力学性能测试中，经过银层处理的电解质，其表面产生破裂所需的压力几乎是未处理材料的5倍。同时，这层经过强化处理的表面还能有效阻止金属锂在裂纹处的渗透和沉积，从而显著降低了在快速充电条件下形成破坏性枝晶结构的风险。

这种创新的表面处理方法无需对现有电池结构进行大改，却能显著提升材料的整体稳定性和耐久性，为研制更安全、更耐用的固态锂金属电池提供了一条成本可控且易于推广的全新路径。（科技日报记者 张佳欣）