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摘 要：研究小组已证实，通过激光对玻璃进行局部加热的方法对氧化物全固态电池的界面构建有效，此外，该方法可有效降低全固态电池的内部电阻，且有助于复杂结构的电池开发。
关键字：激光、氧化物全固态电池、活性材料、固体电解质、磷酸钠铁、非辐射弛豫、结晶玻璃
✦通过激光对玻璃进行局部加热的方法已应用于氧化物全固态电池
✦已证实活性材料和固体电解质可以位置选择性地瞬时结合
✦该方法可有效降低全固态电池的内部电阻，且有助于复杂结构的电池开发
在有望成为新一代锂离子电池的全固态电池的制造中，降低界面电阻是使用氧化物材料的电池开发中需要解决的一个课题。研究小组（由AIpatent认证专家库成员组成，欲知详情可联络support@aipatent.com）已证实，通过激光对玻璃进行局部加热的方法对氧化物全固态电池的界面构建有效。利用该方法有望制备高性能的氧化物全固态电池。
如今，锂离子电池作为轻量且紧凑的蓄电设备，已安装在各种产品中。因需要更大且更安全的电池，全固态电池作为继锂离子电池之后的新一代电池而备受期待。根据所用材料，全固态电池大致分为硫化物全固态电池和氧化物全固态电池，其中，氧化物全固态电池的材料主要由陶瓷制成，因此为了使部件紧密贴合，高温热处理必不可少。但是，在由许多不同材料组成的全固态电池中，部件之间的热物理性质难以匹配，因此热处理的条件受到限制，在降低电池内部电阻方面存在问题。
当玻璃被加热时，最终会变成稳定的固体晶体，但是在此之前，玻璃会软化变成液体。该研究小组已对利用热处理的玻璃晶化进行了研究，并成功制造了由结晶玻璃样品（结晶玻璃）构成的氧化物全固态电池。
该研究小组多年来一直致力于研究利用激光的玻璃晶化的研究。当用激光照射玻璃后，吸收激光的离子由于非辐射弛豫而发热，并且仅被照射的部分结晶或熔化。该研究小组已将该方法应用于作为钠离子电池正极活性物质的磷酸钠铁。使用电炉的普通方法需要几个小时到数十小时的热处理，但由于整个样品都会被加热，因此不需要热处理的材料部分也会被再次加热，这可能导致材料性能劣化。然而，在通过激光照射进行加热的方法中，吸收激光的材料会被优先加热。
此外，如果使用聚光镜等，则可以位置选择性地进行高精度加工。本研究中发现，在激光照射的瞬间，玻璃中存在的铁离子起到加热器的作用，磷酸铁钠通过急速加热形成液相，而当激光被遮挡时，其通过淬灭而变成玻璃状态。另外，该研究小组成功地在短时间内将固体电解质和正极活性材料结合。该方法仅优先加热正极活性物质，因此可以抑制与固体电解质的反应，并且可以形成精密的微图案。此外，该方法的另一个优点是装置的结构简单。
本研究进行的实验概述以及结合的正极和固体电解质的电子显微镜图像
迄今为止利用电炉的热处理难以实现在短时间内与固体电解质结合，而普通的近红外激光就可以解决这一问题。可以将固体电解质和活性材料结合在一起，而不受部件之间热物理性质差异的束缚，并且有望开发出更高性能的全固态电池和新材料。
全固态电池：
一种活性物质和电解质等电池部件都由固体构成的电池，从利用堆叠的能量密度提高和安全性的观点来看，有望成为继目前的锂离子电池之后的新一代蓄电装置。大致分为硫化物全固态电池和氧化物全固态电池，硫化物全固态电池虽因其高导电率而已接近实用化，但仍存在生成硫化氢的问题。此外，氧化物全固态电池具有无毒且安全性高的特点，但是为了使粒子间的界面更贴合，需要进行高温热处理（烧结），并且由不同材料构成的全固态电池的部件间反应会持续进行，在降低电阻方面存在问题。
钠离子电池：
锂是一种稀有金属，不依赖稀有金属的电池开发也正在进行中。钠和钾的物理性质与锂相似，且储量丰富。使用钠的钠离子电池有望成为有助于稳定原材料供给和降低材料成本的电池，此外，钠离子电池的全固态化也正在研发中。
结晶玻璃：
玻璃采用构成原子不规则排列的结构。换句话说，玻璃是一种具有与液体相同原子排列的固体物质，并且当加热时，液体的物理性质逐渐显现。最终变成原子规则排列的结晶固体。利用玻璃再结晶制得的材料称为结晶玻璃，且正在开发各种产品。
非辐射弛豫：
当用光照射材料时，如果存在以相同能量状态吸收的离子，则输入的光会转换为光，这种现象称为辐射弛豫，另外，也存在输入的光转换为组成原子的振动能即热的现象，该现象被称为非辐射弛豫。辐射弛豫可以称为荧光，非辐射弛豫可以称为发热。论文中使用的磷酸铁钠中的铁离子在激光的波长处具有很强的吸收能力，并且具有易于使非辐射弛豫现象发生的能量状态，因此可以被有效加热。
翻译：李释云
审校：李涵、贾陆叶
统稿：李淑珊
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