在哈工大青年科学家工作室的支持下，我校化工与化学学院王家钧教授团队在固态锂电池研究领域连续取得重要进展。继全面解析电动汽车三元单晶材料性能衰减机制后(Nature Communications, 2020, 11, 3050)，固态电池的研究成果“洞察固态电池多晶正极中的界面效应和局部锂离子迁移”（Insights into interfacial effect and local lithium-ion transport inpolycrystalline cathodes of solid-state batteries）也发表在最近的Nature子刊上(Nature Communications，2020，11，5700）。我校为第一通讯单位，青年教师娄帅锋博士为本文第一作者，王家钧教授为唯一通讯作者。
界面离子传输问题通常困扰着固态电池的技术发展，其微结构的复杂性与化学异质性导致人们对固-固界面的电化学行为很难有深入的理解。电极颗粒与固态电解质之间的非共形界面和不完整接触，导致电池内部的界面离子传输动力学缓慢。但是实际上，但由于化学势的作用，固态电池颗粒内部仍可能表现出均匀的锂离子传输，以实现离子-电子平衡。由正极材料的单颗粒同步辐射成像发现，固态电池和液态电池表现出不同的离子扩散行为。不同于液态电池中正极颗粒呈现由外逐渐向内的“核壳”的扩散行为，固态电池的内部离子扩散显示出明显的各向异性。
同时，该论文通过同步辐射成像技术证明固态电池的固-固离子迁移动力学不仅受到物理界面接触的影响，而且还与多晶颗粒内部的局域环境密切相关。一旦二次粒子的内部局域环境在循环中被破坏，就会触发电荷从均质到异质的分布，并导致固态电池的快速容量衰减。该工作强调了多晶颗粒内部局域环境对于固态电池中电化学反应的重要性，并为固固界面离子传输的潜在机理提供了见解。
固态电池
图1 固态电池的性能衰退及循环后的电极颗粒的结构与荷电态变化
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图2 固态电池中循环后的颗粒内部微裂纹的断层成像分析 王家钧教授团队近年来还先后在Cell姊妹刊Chem，Angew. Chem. 和Advanced Materials，Materials Today等学科顶级期刊发表论文，阐述了固态电池中的界面科学问题，反应机制及改性策略，对于固态电池的设计和性能提升具有重要的指导意义。本研究工作得到了国家自然科学基金重点基金（U1932205），黑龙江省自然科学基金重点基金（ZD2019B001）和青年基金(21905071)的资助。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-19528-9
文章来源：哈工大
王家钧，哈尔滨工业大学教授、获批“哈工大青年科学家工作室”资助，组建团队。曾先后任职于美国纽约布鲁克海文国家实验室-美国国家同步辐射中心硬射线成像技术线站科学家，美国阿贡国家实验室-先进光源三维纳米重构线站科学家。近十年来，一直从事于新能源材料、同步辐射X射线技术、三维纳米重构、电化学（锂电池，燃料电池，电催化）、原位现场表征技术等多学科交叉基础研究、应用研究和技术平台的发展。先后参与和承担加拿大自然科学和工程研究基金，加拿大巴拉德（Ballard）燃料电池项目，加拿大蒙特利尔Phostech Lithium Inc的磷酸铁锂，美国通用汽车项目，美国能源部基础能源研究、能源部Energy Frontier Research Center项目，能源部National Synchrotron Light Source II Full-field X-ray Imaging 线站项目。至2017年初，已发表学术论文70余篇, 被引用4500余次， H因子36。其中以第一作者、通讯作者在 Nature Communications (4篇), Angew. Chem. Int. Ed., Energy Environ Sci. （2篇）, Adv. Func. Mater, Adv. Energy Mater., Nano Energy 等高影响力杂志发表论文近30 篇，覆盖锂（钠）电池，燃料电池、电催化，同步辐射和新材料等多个领域。在电动汽车磷酸铁锂、三元动力电池材料和原位同步辐射三维、五维纳米成像技术领域，都取得了重要突破进展。美国化学会，电化学会，物理学会以及国际电化学技术委员会会员。自然杂志集团，英国化学会，美国化学会，美国物理学会等专业领域20余杂志审稿人。美国国家自然科学基金，加拿大国家科学工程基金，荷兰科技发展基金等多家国际项目评审。
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发表于 2020-12-23 16:09:06
