锂电池固态电解质的锂离子传输机理揭示

科学日报(记者吴长锋)记者从中国科技大学了解到，马成教授的研究小组用球差校正透射电子显微镜直接观察到一种奇特的非周期结构。虽然这种结构只有一个原子层厚，但它对锂离子的传输有显著的影响，从而成为固态锂电池研究人员需要密切关注的除晶界和点缺陷之外的另一种非周期结构。研究结果最近发表在国际学术期刊《自然通讯》上。

全固态锂电池因其安全性和高能量密度成为当前电池研究的焦点。成功制造这种电池的关键在于找到合适的固体电解质。为了设计具有高离子电导率的固体电解质，必须充分了解锂离子的传输机制。

研究人员通过球面像差校正透射电子显微镜观察了经典固态电解。研究人员发现了大量的单原子层缺陷，并且这些缺陷会相互形成一个闭合回路。综合分析表明，虽然这些缺陷只有一个原子层厚，但其特殊的原子结构可以完全阻止锂离子通过。当这些缺陷相互结合形成一个闭环时，封闭空间中的锂离子无法逃逸，外部的锂离子也无法进入，从而使这部分材料实际上无法参与离子传输。电子显微镜观察证实，这种现象存在于大量样品中，因此这种固体电解质的离子电导率将降低约1-2个数量级。研究人员将这种独特的非周期性结构命名为“单壁锂阱”如果能够减少甚至避免单壁锂阱的形成，离子电导率将显著提高。