日本国立研究开发法人“物质材料研究机构”（NIMS）首次成功使全固体锂离子二次电池复合电极在充放电反应中发生的电位分布变化实现了连续可视化。以前只能在充放电反应开始前和结束后观测到的电极内部充放电反应机制。此举有望提高全固体锂离子二次电池性能的设计。
全固体锂离子二次电池因具备高安全性和良好的循环特性，有望成为新一代蓄电池。但要想实用化，需要进一步提高电池性能。因此，需要详细解析充放电过程中电极内部发生的电化学反应，找到导致性能下降的原因。上述研究团队2016年开发了以高空间分辨率直接观察充放电之前和之后电极内发生的电位变化的方法，但进一步的详细解析，还需开发能连续测量充放电过程中电极内部发生的电位分布变化的技术。
此次，研究团队通过在此前开发的截面样品制作技术和开尔文探针力显微镜技术中结合电化学测量系统，开发出了可连续观测工作中的电池内部电位变化的技术。另外，还利用该方法观察了实际的全固体锂离子二次电池复合正极发生的充放电反应的情况。团队发现充电反应是从集电体侧向负极侧不均匀地进行的，而放电反应是在整个复合正极均匀进行的。该结果表明，充电过程中复合正极没有很好地形成电子传导网络。
新开发的方法可应用于多种电池评测技术，比如对以前电化学测量法难以调查的电池性能劣化原因进行详细解析等。该技术今后有望在电池开发现场使用，作为提高电池性能的电池设计和结构控制的指针。
图：（a）电池结构和观察区域、（b）观察电位分布时的循环伏安图、（c-g）充电过程和（h-l）放电过程中的复合正极电位分布变化
论文信息
论文题目：Dynamically visualizing battery reactions by operando Kelvin probe force microscopy
期刊：《Communications Chemistry》
DOI : 10.1038/s42004-019-0245-x
文：JST客观日本编辑部编译
