锂电池固态电解质的锂离子传输机理揭示

记者从中国科学技术大学获悉，该校马骋教授课题组用球差校正透射电镜直接观测到了一种奇特的非周期性结构，该结构尽管只有一个原子层厚，却能对锂离子的传输产生显著影响，从而成为除了晶界、点缺陷以外的又一类需要受到固态锂电池研究者密切关注的非周期性结构。研究成果近日发表在国际学术期刊《自然·通讯》上。

全固态锂电池因兼具安全性和高能量密度成为当前电池研究的热点，而成功构筑这一电池的关键在于找到合适的固态电解质。为了有针对性地设计具备高离子电导率的固态电解质，必须先充分理解其中锂离子的传输机理。

研究人员通过球差校正透射电镜对经典固态电解的观测，研究者发现了大量单原子层缺陷，并且这些缺陷相互之间会形成闭合回路。综合分析表明，尽管这些缺陷只有一个原子层厚，它的特殊原子构型却可以彻底阻止锂离子穿过。当这些缺陷相互结合形成闭环时，被封闭体积中的锂离子将无法逃离，而其外部的锂离子也无法进入，从而使得这部分材料实质上无法参与离子传输。电镜观测已证实该现象在样品中大量存在，这种固态电解质的离子电导率将因此下降约1—2个数量级。研究者把这种独特的非周期性结构命名为“单壁锂阱”。如果能减少甚至避免单壁锂阱的形成，离子电导率将获显著提升。