中國網(wǎng)/中國發(fā)展門戶網(wǎng)訊 近期，中國科學(xué)院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家研究中心王春陽研究員與加州大學(xué)爾灣分校忻獲麟教授團隊發(fā)展了人工智能輔助的透射電子顯微鏡技術(shù)，在全固態(tài)電池穩(wěn)定性機理研究方面取得了重要進展。該團隊揭示了全固態(tài)電池中的層狀氧化物正極材料的原子尺度結(jié)構(gòu)退化路徑，發(fā)現(xiàn)了與液態(tài)電池中完全不同的演化機制。研究成果發(fā)表于《美國化學(xué)會志》。

人工智能“超級顯微鏡”揭示全固態(tài)鋰電池失效機制的概念圖

高安全性和高能量密度的全固態(tài)鋰電池有望成為超越液態(tài)鋰離子電池的下一代電池技術(shù)，從而解決困擾新能源汽車的“安全焦慮”和“續(xù)航焦慮”。然而，電極材料與固態(tài)電解質(zhì)的界面穩(wěn)定性一直是困擾固態(tài)電池發(fā)展的瓶頸。尤其是，層狀氧化物正極與固態(tài)電解質(zhì)的界面不穩(wěn)定性會誘發(fā)正極材料結(jié)構(gòu)退化，從而造成全固態(tài)鋰電池的性能急劇衰減。因此，深入認識固態(tài)電池中的界面結(jié)構(gòu)演化機制對于高性能全固態(tài)電池材料的開發(fā)具有重要意義。

研究結(jié)果表明，全固態(tài)電池中層狀氧化物正極材料中晶格失氧、滑移、碎化共同誘發(fā)了層狀氧化物的結(jié)構(gòu)退化和失效。該機制系首次在層狀氧化物正極材料中被觀察到，它拓展了層狀氧化物正極的相變理論，有望為全固態(tài)電池的正極與電解質(zhì)界面優(yōu)化設(shè)計提供重要理論支撐。

人工智能與先進透射電鏡表征技術(shù)的結(jié)合，為科學(xué)家更深入地認識材料提供了前所未有的強大手段，近年來已逐漸成為材料電子顯微學(xué)發(fā)展的重要方向。在透射電子顯微成像中引入人工智能算法，可以實現(xiàn)對原子尺度的晶體結(jié)構(gòu)、缺陷、界面等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的高精度成像和智能化解析。