全固態電池是新一代電池，可以同時提高現有鋰電池的穩定性和容量。這種電池採用不易燃的固體陰極和電解質，大大降低了在高溫或外力衝擊下爆炸或起火的風險，並有利於提高能量密度，其能量密度是鋰電池的兩倍。儘管有這些優勢，但固體電解質的低離子傳導性加上其高界面電阻和快速劣化，降低了電池的性能和壽命，從而限制了其商業化。
韓國科學技術研究院（KIST）宣布，能源材料研究中心Sang-baek Park博士的研究團隊與成均館大學Hyun-jung Shin教授的研究團隊合作，開發出一種突破性的材料設計策略，可以克服阻礙全固態電池商業化的固體電解質與陰極之間的高界面電阻問題。
在兩種不同物質相遇的界面上，會出現獨特的物理現象。與物質內部的原子在自身周圍與其他原子牽手並形成穩定的鍵不同，界面上的原子，沒有相鄰的相同物質的原子，很可能形成不同的原子排列。
在具有固體電極-固體電解質界面的全固態電池中，會出現一種擾亂原子排列、限制電荷轉移的現象，從而增加電阻，加速劣化。為了解決上述問題，目前正在研究在陰極和電解液的表面塗覆適當材料或插入中間層的方法。但是，這進一步增加了成本，降低了電池的整體活性和能量密度。
為了解決這些問題，KIST-成均館大學聯合研究團隊首先系統地確定了直接影響固體界面的材料晶體結構。利用外延膜技術，沿著基板晶體形成的方向生長薄膜，在不同的條件下得到了具有不同外露晶面的陰極薄膜。不考慮顆粒大小和接觸面積等其他可能影響結果的因素，詳細分析了外露晶面對固體電解液和陰極材料界面的影響。
結果表明，外露晶面的緊密堆積結構抑制了過渡金屬從陰極材料向電解液的洩漏，提高了全固態電池的穩定性。此外，當晶體的界面與電子的運動方向平行排列時，離子和電子沿晶體的運動不受阻礙，從而降低了電阻，提高了輸出功率。
"這意味著通過增加晶體平面的密度和調整晶體之間的界面方向來改善陰極材料本身，可以確保高性能和穩定性，"KIST的Sang-baik Park博士說。"我們計劃通過這項研究克服固體電解質和固體陰極界面的不穩定性，並賦予改進的離子充電交換特性，加快全固態電池材料的開發，研究了全固態電池的退化機制。"
論文標題為《Nano-interface engineering in all-solid-state lithium metal batteries: Tailoring exposed crystal facets of epitaxially grown LiNi0.5Mn1.5O4 films》，發表在《Nano Energy 》雜誌上。
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