人工智能辅助科学家揭示全固态锂电池稳定性机制

近期，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心研究员王春阳与加州大学尔湾分校教授忻获麟团队合作开发出人工智能辅助的透射电子显微镜技术，并利用该技术揭示了全固态电池中的层状氧化物正极材料的原子尺度结构退化路径，发现了与液态电池中完全不同的演化机制。相关研究成果日前发表于《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）。

当前，高安全性和高能量密度的全固态锂电池有望成为超越液态锂离子电池的下一代电池技术，将解决困扰新能源汽车的“安全焦虑”和“续航焦虑”。然而，电极材料与固态电解质的界面稳定性一直是困扰固态电池发展的瓶颈。尤其是层状氧化物正极与固态电解质的界面不稳定性会诱发正极材料结构退化，造成全固态锂电池的性能急剧衰减。

王春阳等人的研究表明，全固态电池中层状氧化物正极材料中晶格失氧、滑移、碎化共同诱发了层状氧化物的结构退化和失效。“该机制首次在层状氧化物正极材料中被观察到，拓展了层状氧化物正极的相变理论，有望为全固态电池的正极与电解质界面优化设计提供重要理论支撑。”王春阳告诉《中国科学报》。

据了解，人工智能与先进透射电镜表征技术的结合，将为科学家更深入地认识材料提供强大的技术手段，近年来已逐渐成为材料电子显微学发展的重要方向。

王春阳介绍，在透射电子显微成像中引入人工智能算法，可以实现对原子尺度的晶体结构、缺陷、界面等复杂结构的高精度成像和智能化解析。人工智能用于透射电镜表征技术，可显著提高实验效率、加深对材料本质的认识、加速科学发展进程，将在材料基础研究和新材料研发方面发挥重要作用。

相关论文信息：https://doi.org/10.1021/jacs.4c02198

人工智能“超级显微镜”揭示全固态锂电池失效机制的概念图 金属所供图