人工智能輔助科學家揭示全固態鋰電池穩定性機制

近期，中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家研究中心研究員王春陽與加州大學爾灣分校教授忻獲麟團隊合作開發出人工智能輔助的透射電子顯微鏡技術，并利用該技術揭示了全固態電池中的層狀氧化物正極材料的原子尺度結構退化路徑，發現了與液態電池中完全不同的演化機制。相關研究成果日前發表于《美國化學會志》（Journal of the American Chemical Society）。

當前，高安全性和高能量密度的全固態鋰電池有望成為超越液態鋰離子電池的下一代電池技術，將解決困擾新能源汽車的“安全焦慮”和“續航焦慮”。然而，電極材料與固態電解質的界面穩定性一直是困擾固態電池發展的瓶頸。尤其是層狀氧化物正極與固態電解質的界面不穩定性會誘發正極材料結構退化，造成全固態鋰電池的性能急劇衰減。

王春陽等人的研究表明，全固態電池中層狀氧化物正極材料中晶格失氧、滑移、碎化共同誘發了層狀氧化物的結構退化和失效。“該機制首次在層狀氧化物正極材料中被觀察到，拓展了層狀氧化物正極的相變理論，有望為全固態電池的正極與電解質界面優化設計提供重要理論支撐。”王春陽告訴《中國科學報》。

據了解，人工智能與先進透射電鏡表征技術的結合，將為科學家更深入地認識材料提供強大的技術手段，近年來已逐漸成為材料電子顯微學發展的重要方向。

王春陽介紹，在透射電子顯微成像中引入人工智能算法，可以實現對原子尺度的晶體結構、缺陷、界面等復雜結構的高精度成像和智能化解析。人工智能用于透射電鏡表征技術，可顯著提高實驗效率、加深對材料本質的認識、加速科學發展進程，將在材料基礎研究和新材料研發方面發揮重要作用。

相關論文信息：https://doi.org/10.1021/jacs.4c02198

人工智能“超級顯微鏡”揭示全固態鋰電池失效機制的概念圖 金屬所供圖