全固态电池固/固接触界面的先进表征手段：超声波成像技术
固态电池(SSB)，即一种使用固态电解质(SSE)替代传统液态电解质的电池。这种电池相比传统锂电池具有更高的能量密度以及更高的安全性。早在1978年，Michel Armand首次报道了固态金属锂电池的相关研究，随后40年内，固态锂电池被全球广泛研究。然而固态电解质离子电导率低、界面相容性差等技术瓶颈制约了其商业化和产业化进程。 固固界面挑战 固固界面的挑战主要在于固态电解质与电极之间的接触和兼容性。 理想的界面应具有良好的电化学稳定性、高离子传导性和低电子传导性。但由于固态电解质和电极材料都是固体，二者之间很难做到完美贴合，导致电极与电解质之间的界面阻抗较高。这个问题会影响锂离子的传输效率，从而影响电池的整体性能，所以构建一个接触良好的界面非常重要。 对于新兴的固态电池，迫切需要探明SSE与电极在长期循环过程中不断变化的界面衍化特性。目前已有多种策略被报道用来增强SSE和锂金属负极之间的界面稳定性，例如引入中间层并去除表面杂质。然而，仍需要进一步努力来提高界面稳定性，特别是通过消除锂金属负极在循环过程中体积变化导致的SSE/Li界面接触损失。由于SSE与电极界面隐藏在SSB内部，想要实现对该界面演化过程的详细研究仍是非常困难的。 领声科技首席科学家-华中科技大学黄云辉教授和同济大学罗巍教授针对上述难点采用超声成像技术对固态软包电池的界面稳定性进行无损研究。得益于超声波对气体/真空的高灵敏度，原位超声成像可有效探测软包电池在长期循环过程中内部的气体释放和界面降解。跟踪正极界面处逐渐氧化的过程，可以很好地区分增加的界面电阻是接触损失还是钝化层生长。此外，超声图像中可检测可燃气体的释放过程，突出了SSE的安全问题。超声成像是评估SSB界面稳定性的有力工具，可指引SSB界面的合理设计来提高SSB的性能。该研究以题目为“Evaluating interfacial stability in solid-state pouch cells via ultrasonicimaging”的论文发表在能源领域国际顶级期刊《ACSEnergy Letters》。 研究亮点 · 超声对气体/真空具有高灵敏度，原位超声成像可有效探测软包电池在长期循环过程中内部的气体释放和界面降解过程； ·阐明了SSE/Li界面处增加的界面电阻来自于钝化生长而不是接触损耗； ·超声成像可检测可燃气体的释放过程，涉及到SSE的安全问题。Li/ PLLZ@HP /Li电池在前40个循环期间的相应超声透射图像 电池超声成像技术 超声波作为一种机械波，其传播依赖于特定介质。当超声穿过诸如电解液、电极材料及隔膜等多种介质时，因不同介质的弹性模量和密度不同，超声会展现出不同的声学特征，研发人员可根据不同声学特征表现出的差异，进一步深入分析电池内部状态的变化。 举例来说，由于液体是超声传播的优质媒介，能有效减少声波在固-固界面上的反射与散射，因此在电解液浸润良好的区域，往往会呈现出较高的超声透射信号。相反，在电解液浸润不足的区域，由于缺少传播的优质媒介，超声波在气-固界面上会发生更为强烈的反射与散射现象，导致超声透射信号衰减严重。基于此发现，无锡领声科技有限公司创新性地提出，利用基于压电材料的超声技术研究锂离子电池、钠离子电池、固态电池以及金属负极电池等不同体系电池的失效机制，包含产气过程、浸润质量、电解液稳定性测试、老化程度、封边质量、以及极限工况等多方面。 来源：锂电芯动
