全固态电池是新一代电池，可以同时提高现有锂电池的稳定性和容量。这种电池采用不易燃的固体阴极和电解质，大大降低了在高温或外力冲击下爆炸或起火的风险，并有利于提高能量密度，其能量密度是锂电池的两倍。尽管有这些优势，但固体电解质的低离子传导性加上其高界面电阻和快速劣化，降低了电池的性能和寿命，从而限制了其商业化。
韩国科学技术研究院（KIST）宣布，能源材料研究中心Sang-baek Park博士的研究团队与成均馆大学Hyun-jung Shin教授的研究团队合作，开发出一种突破性的材料设计策略，可以克服阻碍全固态电池商业化的固体电解质与阴极之间的高界面电阻问题。
在两种不同物质相遇的界面上，会出现独特的物理现象。与物质内部的原子在自身周围与其他原子牵手并形成稳定的键不同，界面上的原子，没有相邻的相同物质的原子，很可能形成不同的原子排列。
在具有固体电极-固体电解质界面的全固态电池中，会出现一种扰乱原子排列、限制电荷转移的现象，从而增加电阻，加速劣化。为了解决上述问题，目前正在研究在阴极和电解液的表面涂覆适当材料或插入中间层的方法。但是，这进一步增加了成本，降低了电池的整体活性和能量密度。
为了解决这些问题，KIST-成均馆大学联合研究团队首先系统地确定了直接影响固体界面的材料晶体结构。利用外延膜技术，沿着基板晶体形成的方向生长薄膜，在不同的条件下得到了具有不同外露晶面的阴极薄膜。不考虑颗粒大小和接触面积等其他可能影响结果的因素，详细分析了外露晶面对固体电解液和阴极材料界面的影响。
结果表明，外露晶面的紧密堆积结构抑制了过渡金属从阴极材料向电解液的泄漏，提高了全固态电池的稳定性。此外，当晶体的界面与电子的运动方向平行排列时，离子和电子沿晶体的运动不受阻碍，从而降低了电阻，提高了输出功率。
"这意味着通过增加晶体平面的密度和调整晶体之间的界面方向来改善阴极材料本身，可以确保高性能和稳定性，"KIST的Sang-baik Park博士说。"我们计划通过这项研究克服固体电解质和固体阴极界面的不稳定性，并赋予改进的离子充电交换特性，加快全固态电池材料的开发，研究了全固态电池的退化机制。"
论文标题为《Nano-interface engineering in all-solid-state lithium metal batteries: Tailoring exposed crystal facets of epitaxially grown LiNi0.5Mn1.5O4 films》，发表在《Nano Energy 》杂志上。