科学家利用人工智能“超级显微镜”揭示全固态锂电池稳定性机制

记者从中国科学院金属研究所了解到，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，发展了人工智能辅助的透射电子显微镜技术，在全固态电池稳定性机理研究方面取得重要进展。该团队揭示了全固态电池中的层状氧化物正极材料的原子尺度结构退化路径，发现了与液态电池中完全不同的演化机制。相关研究成果发表于国际学术期刊《美国化学会志》上。

据介绍，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。因此，深入认识固态电池中的界面结构演化机制对于高性能全固态电池材料的开发具有重要意义。

上述研究结果表明，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。这一研究结果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。

王春阳表示，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，将在材料基础研究和新材料研发方面发挥重要作用。