锂离子电池目前是电池技术的黄金标准，但随着对安全有效电池需求的增加，研究人员正在竞相寻找下一步。

全固态锂电池可能是当前锂离子电池技术的替代品，但需要提高其容量。

由中国科学院青岛生物能源与过程技术研究所(QIBEBT)的研究人员领导的一项新研究详细介绍了铁电阴极涂层如何提高全固态锂电池的容量。

该研究于28月<>日发表在《先进功能材料》上。

铁电材料具有固有的极化电场，在许多电化学类型的研究中广泛用于加速电荷的分离和转移。

“在全固态锂电池领域，人们普遍认为铁电极极化在电极/固态电解质界面处诱导内置电场，这可以抑制空间电荷层并促进锂运输，”该研究的第一作者李文如博士说。“然而，这些电池中铁电内置电场的构建机理知之甚少。揭示这种构建机制成为一个关键的挑战。

为了更多地了解铁电材料如何改善电池功能，研究人员将钴酸锂阴极覆盖在由称为高氯酸胍的有机 - 无机混合铁电材料制成的涂层中。发现高氯酸锍涂层具有单畴状态，这意味着内部铁电偶极子指向同一方向。这种行为最终在阴极/电解质界面处产生向下的内置电场。高氯酸胍可以通过蒸发乙醇等溶剂来制造，使其成为电池制造的廉价且环保的选择。

研究人员发现，阴极上带有铁电涂层的全固态锂电池的容量与目前的液态锂离子电池几乎相同，远高于使用无涂层阴极的全固态锂电池。

他们还分析了活性颗粒如何在有和没有涂层的情况下与阴极中的电解质相互作用。当钴酸锂遇到固态电解质时，会干扰电子通过电池的运动的空间电荷层。空间电荷层限制了锂的运输并降低了电池的容量。当涂层涂覆在阴极上时，有效的铁电内置电场使锂更流畅地通过阴极/电解质界面，尽管存在空间电荷层，但仍提高了电池的容量。

“我们发现，由晶格失配引起的柔性电效应是涂层自极化效应的主要因素。我们的研究不仅设计了具有优异电化学性能的全固态锂电池，而且为构建铁电涂层在促进电化学储能性能方面提供了科学的理论指导。

展望未来，研究人员将研究不同的材料组合，以扩大全固态锂电池的可能性。“我们希望在未来的工作中将这一研究思路扩展到正极和铁电材料的不同组合，并获得最佳电池性能的实验规则，”通讯作者、QIBEBT固体能源系统技术中心组长崔光磊教授说。“最终目标是有一个通用的策略，提高锂电池在实际应用中的性能。