原子力研究院查明全固态电池短路诱因

by Jeong Ilwoong

Published 16 Oct.2024 11:05(KST)

引发全固态电池“电气短路（短路）”的原因已被查明。

韩国原子力研究院16日表示，由Kim Hyeongseop博士研究团队首次在全球范围内揭示了全固态电池电解质晶体结构发生变化的原因，并提出了控制这一变化的方法。

研究团队正在将样品装入X射线衍射装置，以分析固体电解质的表面结构。韩国原子能研究院提供

全固态电池由正极、负极以及承担锂离子传导功能的固体电解质等组成。由于以固体替代液体作为电解质，安全性更高，因此被视为下一代电池而备受关注。

但如果固体电解质表面的晶体结构发生改变，就会导致正极与固体电解质接触界面上的电流分布不均，从而产生过电流，引发电气短路，这一直是亟待解决的课题。

另一方面，虽然推测固体电解质的晶体结构会根据锂含量和电解质表面抛光程度而发生变化，但两种因素之间的相关性以及改进方法此前一直未被提出。

为此，研究团队为精准查明电解质晶体结构变化的原因，分别利用中子束对固体电解质晶体结构内部的锂含量进行定量分析，并利用X射线对因固体电解质表面抛光程度不同而产生的晶体结构变化量进行定量分析。

研究团队解释称，结果表明，根据用于合成固体电解质的锂用量和抛光程度不同，固体电解质表面部分晶体结构会从立方体（立方晶系）转变为长方体（正方晶系）。通过对多种复合变量进行控制，找出了诱发晶体结构变化的综合条件，这是全球首例。

尤其是，研究团队发现，当晶体结构转变为长方体时，固体电解质的离子电导率降低，从而增加与负极、正极之间的电阻，阻碍锂离子的顺畅迁移，并最终导致电气短路。基于此，他们在固体电解质制造阶段开发出了可预防电气短路的改进工艺。

这一成果来自于他们在电解质表面抛光工序中，将研磨材料的转速大幅降低，从而稳定控制晶体结构，避免出现异常变化的验证结果。

Kim博士表示：“本研究通过查明全固态电池短路的原因，并提出控制这一问题的技术，为防止电池起火、爆炸提供了一种指导方针，具有重要意义。”

此外，本研究在科学技术信息通信部所属科学技术事业化振兴院“学研协同平台构建示范项目”的支持下完成。研究论文已于上月发表在材料领域学术期刊《Advanced Energy Materials》在线版上。

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。