随着东京工业大学、日本国立先进工业科学技术研究院（AIST）、山形大学的研究人员实施了一种恢复低电阻的策略后，全固态电池现今离成为下一代电子产品的动力源又近了一步。他们还探索了根本的降低机制，这有助于深入了解全固态锂电池的工作原理。
全固态锂电池已成为材料科学与工程的新热潮，传统锂离子电池已无法满足如电动汽车等要求高能量密度、快速充电和长久循环寿命的先进技术标准。全固态电池使用固体电解质代替传统电池中的液体电解质，不仅符合这些标准，而且由于可以在短时间内充电，因此相对更安全、更方便。
然而，固体电解质也要面对其自身的挑战。事实证明，正极和固体电解质之间的界面显示出很大的电阻，但来源尚不清楚。此外，当电极表面暴露在空气中时，电阻会增加，从而降低电池容量和性能。虽然已经进行了数次尝试来降低电阻，但没有一个能够将其降低到10Ωcm2（欧姆平方厘米），即已发布的不暴露于空气时的界面电阻值。
现在，在最近发表于期刊《ACS 应用材料与界面》（ACS Applied Materials & Interfaces ）上的一项研究中，由日本东京工业大学（Tokyo Tech）的Taro Hitosugi教授和东京工业大学的博士生 Shigeru Kobayashi领导的研究小组终于解决了这个问题。研究团队建立了恢复低界面电阻的策略，并揭示了引发这种降低的根本机制，这为高性能全固态电池的制造提供了宝贵的见解。该研究是东京工业大学、日本国立先进工业科学技术研究院（AIST）、山形大学共同研究的结果。
首先，研究团队准备了包含锂负极、LiCoO2 正极和 Li3PO4固体电解质的薄膜电池。团队在完成电池制造之前，将 LiCoO2表面暴露在空气、氮气 (N2)、氧气 (O2)、二氧化碳 (CO2)、氢气 (H2) 和水蒸气 (H2O) 中30分钟。
令他们惊讶的是，他们发现暴露于 N 2、O 2、CO 2 、H 2的电池与未暴露的电池相比，并不会降低电池性能。“只有H 2O 蒸汽会强烈降解 Li 3PO 4- LiCoO 2界面，并使其电阻急剧增加，比未暴露界面的电阻值高10倍以上，”Hitosugi教授说。
团队接下来实施了一种称为“退火”的处理工艺，在这个过程中，样品在150°C下以电池形式进行了一个小时的热处理，即沉积负极。令人惊讶的是，这将电阻降低到 10.3Ω cm 2，与未暴露电池的电阻相当！
通过进行数值模拟和先进测量，团队随后揭示，电阻降低可归因于退火过程中LiCoO 2结构内的质子自发去除。
“我们的研究表明，LiCoO2结构中的质子在恢复过程中发挥着重要作用。我们希望对这些界面微观过程的说明将有助于扩大全固态电池的应用潜力，”Hitosugi教授总结道。
