中國網(wǎng)/中國發(fā)展門戶網(wǎng)訊 近期，中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家研究中心王春陽研究員與加州大學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。