科学家揭示全固态锂电池稳定性机制

中新网北京9月13日电(记者孙自法)记者9月13日从中国科学院金属研究所获悉，该所沈阳材料科学国家研究中心王春阳研究员与美国加州大学尔湾分校忻获麟教授团队合作，最新研发并利用人工智能“超级显微镜”——人工智能辅助的透射电子显微镜技术，揭示出全固态锂电池中的层状氧化物正极材料的原子尺度结构退化路径，发现其与液态锂离子电池中迥然不同的演化机制。

这项全固态电池稳定性机理研究方面取得的重要进展，近日以“全固态电池中层状正极化学应力失效的原子尺度起源”为题，发表于国际学术期刊《美国化学会志》。

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。中国科学院金属研究所/供图

王春阳研究员介绍说，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，从而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，从而造成全固态锂电池的性能急剧衰减。

最新开展的这项研究表明，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。该机制系首次在层状氧化物正极材料中被观察到，它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。

全固态锂电池层状氧化物正极的原子尺度失效机制总结示意图。中国科学院金属研究所/供图

王春阳指出，透射电子显微镜是当今物质科学研究中最强大的材料表征仪器之一。人工智能与先进透射电镜表征技术的结合，为科学家更深入地认识材料提供了前所未有的强大手段，近年来已逐渐成为材料电子显微学发展的重要方向。

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。

随着人工智能技术的不断发展，它将与先进表征技术进一步交叉融合。“先进表征技术驱动的材料研发”甚至有望成为新的科学研究范式，将为推动全球材料科学、能源科学、纳米技术的发展提供新的动力。

层状氧化物正极中剪切相界面结构的精细原子构型分析示意图。中国科学院金属研究所/供图

据了解，王春阳长期致力于利用先进透射电子显微技术解决电池材料中的核心科学问题，由于在该领域的突出研究贡献，他先后荣获美国电子显微学会博后学者奖，并入选《麻省理工科技评论》“35岁以下科技创新35人”中国区榜单。

中国科学院金属研究所透露，未来，王春阳将带领一支平均年龄不到30岁的研究队伍，继续发挥该所在电子显微学与材料研究方面的优势，围绕全固态锂电池材料结构-性能关系中的核心科学问题开展基础研究，为推动全固态电池的优化设计和新材料研发作贡献。(完)

（原标题：研发利用人工智能“超级显微镜” 科学家揭示全固态锂电池稳定性机制）