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锂离子电池可以靠边站了——研究人员找到了一种创造性的方法，将材料（锂金属和陶瓷表面）结合起来，这可能更适合电动汽车和便携式电子产品中使用的储能。
将锂金属与陶瓷表面结合，对于制造固态锂金属电池而言，堪称梦幻组合。然而，实现二者结合却并非易事。杂质层往往会在表面形成，阻碍润湿这一对金属和陶瓷粘附至关重要的过程。为了使这两种特性迥异的材料能够有效结合，研究人员需要另辟蹊径。东北大学先进材料研究所（WPI-AIMR）的研究人员另辟蹊径，发现超声波焊接能够将这两种材料完美地结合在一起。
“这是我们领域中尚未充分探索的方法。据我们所知，将超声波焊接直接应用于锂金属与石榴石型氧化物电解质的结合，在这一领域尚属首次，”伍斯特理工学院人工智能材料研究所的程建峰（Eric Jianfeng Cheng）评论道。
这项描述令人兴奋的新实施策略的研究——该策略可能有助于创造比传统锂离子电池更高效、更实用的固态储能技术——于 2026 年 3 月 19 日发表在《小型结构》杂志上。
固态锂金属电池被广泛认为是极具发展前景的下一代储能技术。在固态电解质中，石榴石型氧化物Li?La?Zr?O?? (LLZO) 因其高离子电导率和化学稳定性而备受关注。然而，在锂金属和陶瓷电解质（Li?La?Zr?O?? 或 LLZO）之间建立紧密的物理接触却十分困难。大理石板和金属片界面的刚性且不规则形状是造成粘合难题的主要原因，因为这两个表面在暴露于空气中时都容易形成绝缘的Li?CO?层。这种情况尤其容易发生在锂金属表面，形成一种阻碍锂离子传输和润湿的屏障。
超声波焊接（USW）是一种成熟的工业技术，广泛应用于金属部件的连接，它提供了一种与传统方法（成本高昂且工艺繁琐）截然不同的解决方案。本研究结果表明，USW可在室温下于数秒内形成紧密的锂-LLZO界面。超声波振动破坏了诸如Li?CO?等绝缘表面层，同时，可控的压力和高频振荡使锂金属发生塑性变形并贴合到刚性LLZO表面，从而消除界面空隙，并在不熔化或热活化的情况下建立直接的固态接触。
仅使用超声波溅射（USW）技术，界面电阻就降低至约225 Ω·cm2。当与薄的溅射金中间层结合使用时，电阻进一步降低至约1.5 Ω·cm2，使其成为室温下制备的Li-LLZO界面中报道的最低值之一。对称电池测试也证实了其实际可行性。
这种快速的室温键合策略为氧化物基固态电池的制造提供了一条便捷高效的途径。这项工作有助于开发更安全、能量密度更高的电池，应用于电动汽车、可再生能源存储和便携式电子产品领域。
关于世界顶级国际研究中心计划（WPI）
日本文部科学省于2007年启动了WPI项目，旨在培育具有全球影响力、拥有最高标准和卓越研究环境的研究中心。目前，WPI项目已在日本各地设立十余个，这些中心分布于不同的科研机构，并享有高度自主权，使其能够采用创新的管理和研究模式。该项目由日本学术振兴会（JSPS）负责管理。
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