全固態(tài)電池示意圖

“康橋電池能源CamCellLab”消息顯示，和燃油車相比，電動(dòng)車價(jià)格偏高。并且鋰離子電池使用有機(jī)電解液，容易起火燃燒。而全固態(tài)電池使用固態(tài)電解質(zhì)，可以避免上述問(wèn)題，安全性提升。但是，全固態(tài)電池在鋰離子脫嵌入嵌時(shí)，材料的晶體結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，造成電極膨脹或者收縮，破壞電解質(zhì)和電極之間的界面，影響循環(huán)性能和電池的耐用性。

為了解決上述問(wèn)題，日本橫濱國(guó)立大學(xué)矢部?jī)?nèi)尚明（Naoaki Yabuuchi）教授領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)研究了一種在全固態(tài)電池中具有前所未有穩(wěn)定性的新型正極材料。并將這種正極材料，固態(tài)電解質(zhì)和負(fù)極組成全固態(tài)電池，進(jìn)行測(cè)試。研究成果發(fā)表在著名的《自然》刊物的子刊《自然材料》上。

研究團(tuán)隊(duì)合成的材料是Li_8/7Ti_2/7V_4/7O₂，這是一種結(jié)合了鈦酸鋰（Li₂TiO₃）和二氧化鋰釩（LiVO₂）的優(yōu)化部分組成的二元系統(tǒng)。當(dāng)球磨至納米級(jí)的適當(dāng)粒徑時(shí)，這種材料具有高容量，這要?dú)w功于其大量的鋰離子可以在充電/放電過(guò)程中可逆地插入和提取。

與其他正極材料不同，Li_8/7Ti_2/7V_4/7O₂具有使其脫穎而出的特殊性質(zhì)：完全充電和完全放電時(shí)的體積幾乎相同。一方面，鋰離子的去除或“脫鋰”會(huì)導(dǎo)致晶體中自由體積的增加，從而使其收縮。另一方面，一些釩離子從它們?cè)瓉?lái)的位置遷移到鋰離子留下的空間，在這個(gè)過(guò)程中獲得更高的氧化態(tài)。這導(dǎo)致與氧氣的排斥相互作用，進(jìn)而產(chǎn)生晶格的膨脹。

矢部?jī)?nèi)尚明教授認(rèn)為“當(dāng)收縮和膨脹達(dá)到很好的平衡時(shí)，電池在充電或放電時(shí)（即循環(huán)過(guò)程中）會(huì)保持尺寸穩(wěn)定性?！?/p>

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)將這種新型正極材料與硫化物固態(tài)電解質(zhì)Li₆PS₅Cl以及Li-In合金負(fù)極組成全電池進(jìn)行測(cè)試，該電池具有300mAh/g的容量，并且在400次充電/放電循環(huán)中沒有退化。

矢部?jī)?nèi)尚明教授認(rèn)為，這一發(fā)現(xiàn)可以大大降低電池成本。實(shí)用高性能固態(tài)電池的開發(fā)也可以促進(jìn)先進(jìn)電動(dòng)汽車的發(fā)展。