固态电池，小心被“玩”坏

固态电池，小心被“玩”坏 来源/镜观台拍摄海外市场方面，丰田计划2027年实现全固态电池装车；韩国SKOn正在开发高分子氧化物复合和硫化物两种固态电池，目标是到2026年生产出原型产品，2028年实现商业化；三星SDI正在开发一种没有负极的固态电池，预计将于2027年量产。固态电池的消息满天飞，动力电池的霸主宁德时代也不得不出来发声。宁德时代首席科学家吴凯表示，全固态电池的成熟度指标，若用1-9数字表示，宁德时代目前的成熟度在4的水平，目标到2027年到7-8的水平。简言之，宁德时代的固态电池离量产还尚早。在全固态电池研发方面已有十多年的积累，且有近千人研发团队的宁德时代尚且如此，近一两年量产，甚至宣称已经搭载上车的固态电池，其成色问题就值得商榷了。固态电池虽好，经不起“恶搞”新能源汽车行业发展离不开动力电池，目前的动力电池无论是三元锂电池还是磷酸铁锂，虽然在整车安全、续航里程等方面还在进步，但一定程度上在技术上已经很难有大的突破了。随着锂离子电池成本优化接近极限，新能源汽车产业正迫切寻求技术革新以突破现有瓶颈。固态电池作为下一代电池技术的明星产品，凭借其在安全、能量密度及循环寿命方面的显著优势，被视为推动电动汽车发展的新引擎。所谓固态电池，顾名思义，是和液态电池相对应的，是一种使用固态电极和固态电解质的电池。目前市面上主要的锂离子电池内置是含有液态电解质的。传统液态电池由正极、负极、电解液、隔膜四大部分组成。固态电池用固态电解质替换传统液态电解液和隔膜。固态电池的核心特征就在于使用固态电解质，这也是实现固态电池高能量密度、高循环稳定性、高安全性的关键。其工作机理与传统锂电池一致，依靠锂离子在正极和负极之间往返移动，进行化学能和电能之间的转换与储存。根据液态电解质的含量逐步下降，固态电池发展路径可分为：半固态电池、准固态电池和全固态电池。这也就给了一些车企在宣传上提供了“便利”，第一家、第一款、第一代的修饰语层出不穷。腾势汽车总经理兼首席共创官赵长江也忍不住在微博吐槽“就是在玩文字游戏”。中科院院士、清华大学教授欧阳明高也认为，中国在全固态电池领域的研发，目前来看认识还不统一。显然，过度炒作对固态电池的发展极为不利。事实上，作为全固态电池的过渡方案，半固态电池在性能上已大幅提升，安全性较好、能量密度较高、循环寿命更长、工作温度范围更宽、耐挤压、耐震动等。但从制造工艺来说，半固态电池基本可沿用现有液态电池的制造工艺，生产难度远远小于全固态。液态变固态，换“汤”也换“药”但液态电池要直接升级为固态电池，就需要“改头换面”了。如果把动力电池比作汤药，那电解质可以说是“汤”，正负电极和隔膜可说成是“药”。从液态电池到固态电池，不光是把“汤”换了，液态电解质变成固态，“药”也逐步换了。基于目前固态电池的发展历程，还可以将固态电池的发展分为三个阶段：第一阶段：将传统的电解液换成固态电解质，正负极和传统用的是一样，均采用负极石墨和正极三元锂或磷酸铁锂；第二阶段：更换负极材料，取消掉负极的石墨或硅，使用金属锂来提升能量密度；正极不变，采用磷酸铁锂或者三元材料。第三阶段：正负极都换，负极用金属锂，正极就可以换成不含锂的高能量的材料。如此来看，第一阶段换的就是“汤”，第二三阶段就是把“药”也换掉了。换“汤”比较好理解，固体电解质相对于电解液，电化学范围更广（电压更广），电解质不参与化学反应，让锂离子通过。因此，可以选择容量更大的正极材料，或者选择电压差更大的正负极材料，从而提高能量密度。那为什么要把作为“药”的正负极也更新换代呢？按照目前提高电池能量密度的手段，在正极端不断地提高镍的含量虽然可以提升电池能量密度，但是高镍电池对电池的稳定性要求具备更高的电池管理基础。因此，三元锂短期内要突破一个量级还是有一定的挑战。未来，可能也只有固态电池会将电池能量密度提升一个量级。太蓝新能源就在近日宣布成功制备出世界首块车规级单体容量120Ah，实测能量密度达到720Wh/kg的超高能量密度体型化全固态锂金属电池。作为对比，目前磷酸铁锂电池的能量密度为160-180wh/kg左右，三元锂在150-250Wh/kg之间。另外，固态电池凭借自身较高的机械强度在运用的过程中可以抑制电池循环使用之中的锂枝晶的刺穿，使锂金属负极的应用不再是梦想。把电极换为金属锂，其比容高，电压大，避免了液态电池用金属锂作负极会因多次充放电粉化、枝晶生长，导致循环性差，甚至枝晶刺穿薄膜，引起短路的风险。固态想上位，至少还需20年？这些显然就是固态电池大受欢迎的原因所在。高安全性一定是固态电池的首要优势。根据有关数据，新能源汽车起火事故原因中，电池自燃占比31％。相较之下，固态电解质不可燃、耐高温、无腐蚀、不挥发、不漏液，同时具有一定机械强度，安全性更好；半固态电解质中液体占比也小于10%，可燃性大大降低。五一假期发生的多起新能源车燃烧事件，更让消费者期待固态电池的到来。同时，固态电池拥有更高能量密度和较小体积。固态电池电化学窗口宽，能承受更高电压（5V以上），材料选择范围广。因此，可通过采用高比容量的正极、负极材料，使能量密度达到500Wh/kg甚至更高，远超液态350Wh/kg理论极限。而固态电解质取代隔膜和电解液，正负极之间的距离可以缩短到只有几到十几个微米，从而大幅降低电池厚度。因此，同样电量情况下，固态电池体积更小。另外，固态电池还具备宽温区运行的优势。电动车在冬季续航里程之所以下滑明显，主要在于液态电解质在冬季低温环境下流动性下降。而固态电解质可以在-30℃至100℃的更广泛温度范围内稳定工作。当然，固态电池也并非完美无缺，目前来看还是有很多缺点存在的。比如：与液态电解质相比，固态电解质与电极材料之间的接触面积较小，导致离子传输速度较慢，影响了电池的充电和放电效率；界面电阻太大，使得快充过程中的能量损耗增加，快充效率受限；固态电池的充放电循环次数有限，循环寿命较短；生产技术尚不成熟，工艺复杂，生产效率低，导致其成本远高于液态电池。这些显然都是固态电池全面商业化必须面对的挑战。欧阳明高就表示，全固态电池是公认的下一代电池的首选方案之一，也是下一代电池技术竞争的关键制高点，但是也要注意防范激进技术路线带来的颠覆性风险。“液态电池的应用周期至少还有20年。固态电池要想替代液态锂离子电池50%的市场份额，至少需要20至30年。”欧阳明高如是说。 ... PC版： 手机版：

普通岩石可帮助下一代电动汽车电池实现技术突破

普通岩石可帮助下一代电动汽车电池实现技术突破 丹麦技术大学（DTU）的研究人员 Mohamad Khoshkalam开发出了一种很有前途的固态电池新材料，可以满足容量、安全性、环保性和低成本等所有要求。这种材料主要由岩石中的元素组成，特别是钾和钠硅酸盐，它们是地壳中最丰富的矿物质。此外，这种材料无需使用钴等昂贵的金属，而目前锂离子电池的容量和寿命都需要钴。这种乳白色、薄如纸张的材料可作为电池内部出色的固态电解质层。传统的锂离子电池使用液态电解质，让锂离子在阴极和阳极之间流动，从而产生电流。然而，液态电解质有潜在泄漏等缺点。固态电解质更为安全，并能提高性能。Khoshkalam 的电解质还能在接近室温的 40°C 左右传导离子。这意味着使用这种材料的电池有可能在正常条件下制造，而不是在需要高度控制环境或极端高温的昂贵设施中制造。此外，这种材料不会对湿气产生负面反应。将电解质转化为可用的电池形式需要经过多个步骤。Khoshkalam 制成硅酸钾粉末，将其混合成溶液，然后擀成薄如纸的层。然后，将这些薄层模塑成长达 10 米的白色细长带，并仔细烘干。最后，这些带子被转移到一个特殊的手套箱环境中，与阳极和阴极组件组装成完整的固态电池单元。这些硅酸盐中的钾离子和钠离子比锂离子大一些，也重一些，因此它们不容易流动。不过，Khoshkalam 有一个未公开的"配方"，可以增强它们的导电性，超过锂离子通常所能达到的导电性。他的初步测试表明，固态电解质具有很强的性能。当然，将这种材料转化为现实世界中的电动汽车电池还需要时间（甚至可能永远无法通过可行性测试）。与锂离子电池相比，该技术仍然是一项新技术，而锂离子电池经过二十多年才实现商业化，并且还在不断发展。在制造规模上存在挑战，而且需要针对固态电解质进行优化的新电池设计。尽管如此，Khoshkalam 的团队仍希望在几年内开发出演示电池，向公司展示这种材料的潜力。硅酸盐矿物覆盖了地球上 90% 的面积，因此，廉价、环保的电池材料基本上是无限供应的，有待开发。然而，如何兑现这一承诺，而不像之前的许多尝试那样被炒得沸沸扬扬，可能是最大的障碍。 ... PC版： 手机版：

宁德时代：全固态电池有望2027年小批量生产

宁德时代：全固态电池有望2027年小批量生产 “2027年，宁德时代全固态电池小批量生产机会很大，但受成本等因素制约，大规模生产尚不能实现。”吴凯表示。今年以来，全固态电池不断掀起热议，而此次重庆国际电池技术交流会，也专门开设了全固态电池技术讨论专场，会场中座无虚席，不少人席地而坐，足以显示市场和公众对这一崭新电池技术的关注。“十余年来，我国动力电池行业已在核心技术、市场规模、成本价格方面取得先发优势。但是我们也注意到消费者对动力电池还有更高的要求和期待，寻找高能量密度和高安全兼得的动力电池是我们的主要研发方向，也是一项长期的工作。在各条技术路线上，全固态电池具有巨大的潜力，是下一代动力电池重要发展方向。”在演讲中，吴凯表示。从国家层面上来看，中国、美国、日本、韩国、欧盟均出台相关发展规划和战略，各国重兵投入，其本质是希望能够在全固态电池技术上率先取得突破，来改变目前动力电池的市场格局。从产业链布局来看，上游基础材料及设备，中游全固态电池研发和制造，下游应用，我国企业参与的最多，产业链上企业都很有热情，但是我们也要清醒地看到，海外企业在全固态电池专利布局上具有一定优势，需要尽快迎头赶上。在吴凯看来，全固态电池之所以吸引了全世界的投入，其核心价值在于其能够在安全底座保证的前提下较大幅度的提升能量密度，帮助动力电池在应用中有明显改善，而其他体系要达到这样的效果比较困难。据介绍，世界范围内的研究，对固态电池按照电解质区分，主要是3个路线，聚合物、氧化物和硫化物。理想的电解质需要拥有较好的离子电导率，对高电压正极、锂金属负极有较好的电化学稳定性，并且制造安全和便捷，当然也要兼顾成本的可负担性。吴凯认为，目前来看，解决方案进展比较快的硫化物路线，率先量产的可行性较大。但他也承认，目前我们所研究的路线中，没有一种电解质十全十美，比如聚合物电解质的离子电导率和氧化稳定性都较差，氧化物电解质太坚硬，会导致刚性界面接触问题。硫化物电解质容易与空气中的水产生有毒气体，制备工艺复杂且成本较高。当然在各国科学家的努力下，各个路线都有一些针对性的技术出来。全固态电池需要解决四大层面问题今年1月，欧阳明高院士表示，全固态电池市占份额替代1%，就已具有突破性意义。“我们也一直在向着这个方向努力。我们认为要实现这个目标，要率先解决四大问题。”吴凯说。第一是固-固界面的问题。正极材料与电解质之间固固界面接触不充分，阻碍离子传输；负极在充放电过程体积膨胀大，导致固-固界面的动态损伤，难以修复，持续恶化固-固界面。这些都严重影响全固态电池的循环寿命和倍率性能。第二是锂金属负极的应用问题，使用锂金属负极可以使全固态电池能量密度高的优势充分发挥。但是锂金属的高活性和其表面钝化层的锂离子扩散能垒较高，会促进锂枝晶的形成，枝晶会引发短路并造成电池失效，我们需要充分了解固态枝晶形成与生长的机理，并加以克服。第三是针对最有希望的硫化物电解质路线，硫化物电解质在空气中不稳定的主要原因是容易发生化学反应, 电解质在空气中水分子的作用下会发生水解生成有毒的H2S气体,在水解的过程中电解质结构还会发生坍塌, 离子电导率急剧下降。另外硫化物电解质的合成成本问题，其原材料硫化锂价格高，而制备这些原材料的特殊工艺也增加了成本负担。这些都将是全固态电池推广中的障碍。第四是全固态电池的生产难题，极片制造工艺不成熟，湿法工艺的核心是粘接剂与溶剂选取，如果溶剂与电解质化学不兼容，可能降低电解质的离子电导率。干法工艺存在膜片分散性、均匀性挑战。在电芯致密化成型过程中，电芯内部存在孔隙缺陷，致密度低会降低固态电池性能发挥，极片边缘受压导致搭接短路等问题也需要解决。宁德时代已经建立10Ah级全固态电池验证平台，3年后真正量产据吴凯介绍，宁德时代针对固态电池已经有十余年的研发积累，目前我们组建了一支近千人的全固态电池研发团队，也取得了一些进展和经验。针对正极的界面问题，宁德时代研发了单晶正极多层级全包覆技术，第一层无机氧化物包覆层可以抑制界面副反应，第二层固体电解质包覆层，提升界面离子扩散。多层设计可以大幅提升界面结构稳定性，目前高面容三元正极克容量可达230mAh/g。我们还研发了多功能复合粘结剂，帮助稳定极片导电网络。复合正极可以实现6000次循环。针对锂金属负极使用时候的锂枝晶问题，宁德时代认为相变自填充技术是可行方案，相变介质可通过改变其固/液物理状态灵活修复固态电解质缺陷，达到增强电解质结构，抑制锂枝晶的效果，锂金属临界电流密度有效提升至20mA/cm2。我们通过引入合金金属改变界面层的亲锂性，可以诱导锂金属均匀沉积到表面。同时优化锂金属负极的多相导锂界面，构筑界面离子传输“高速公路”，使锂金属负极循环平均库伦效率>99.9%。针对硫化物电解质的环境稳定性问题，宁德时代开发表面疏水层可逆包覆技术，实现高空气稳定性电解质的制备，包覆后电解质可在-40℃露点环境稳定，包覆层还可以在电池制备过程中除掉，并且几乎不影响电解质材料的性能。同时我们也在开发新型合成路线和低含锂量材料，目前电解质的价格，1公斤都在5万以上，新的合成方案可以降低量产成本。针对制造工艺的难点，宁德时代打通了干/湿法极片制备和电芯一体化成型工艺方案，创新了高柔性核壳结构粘结剂、纤维化过程量化控制技术、超薄电解质转印技术、等静压一体成型技术等，已经建立10Ah级全固态电池验证平台。“全固态电池的研发和量产是一项非常艰巨的工作，我们为此也是集聚了各方力量，广泛的与产业链上的各方、高校等开展联合攻关。从全固态电池的技术成熟度和制造成熟度来看，有望在未来3年逐步进入成熟期，真正开启量产化进程。”吴凯说。0到1的原创性创新最后谈到对全固态电池的思考时，吴凯表示，全固态电池是新质生产力的典型代表。首先，具有革命性突破的技术创新是新质生产力的内在动力，全固态电池的研发不是1到2、2到3的渐进性创新，而是0到1的原创性创新，原创性创新往往拥有很高的势能，能够开辟出新的赛道，并对产业全局产生关键影响。其次，生产要素创新性配置是催生新质生产力的重要保障，全固态电池的研发和制造用传统的研发试错方法或者企业的封闭式的单打独斗是行不通的，我们需要大量运用人工智能、大数据等手段，更广泛地开展多种资源的协调、多条线路的协同和众多团队的合作，将各类优质生产要素能够以更高的效率流向关键核心技术领域，这样才能够进一步加快科技创新效率。最后，现代化产业体系是新质生产力要素的产业载体。全固态电池为代表的新能源产业链，我们认为应该具备低碳、高效、高质量、高附加值、强标准、自主可控、可持续等特征，将牢牢占据市场领先地位，成为汽车强国、制造强国、质量强国的重要支撑。 ... PC版： 手机版：

固态电池，终于迎来60亿的春风

固态电池，终于迎来60亿的春风 顶层设计开足马力，相关企业获得的是真金白银的支持，目前这个消息已经得到多位知情人士确认。一旦落地，也将是政府部门首次对固态电池研发进行规模资金支持。中国已经成为全球新能源产业链最完整的国家，同时也是新能源车最大的市场，而业内共识则认为，固态电池是电动车下一阶段竞争的核心。此时国家队入场，一直处于炒作阶段的固态电池，可能真的要落地了。01一股春风吹来据《中国日报》报道称，国内打算投入 大约60亿元推动全固态电池的研发，目的就是要推动固态电池的技术尽快从实验室走向市场。而具备这些条件的企业包括了 宁德时代、比亚迪、一汽、上汽、卫蓝新能源和吉利这六大企业。有知情人士透露，这个项目一共分成七个子项目，聚焦聚合物和硫化物等不同的技术路线。有内部人士透露，目前已经开始了项目答辩。在业内主流观点中，全固态电池根据电解质不同，主要可划分为三个主要技术路线，其中之二就是聚合物电解质和硫化物电解质两种技术路线。聚合物电解质，主要是由基体和锂盐组成，基体为聚氧化乙烯等高分子聚合物，具备安全性高、重量轻、容量大等优点。而硫化物电解质主要分为晶态与玻璃态两类，离子电导率较高，但化学稳定性相对较弱。其实早在今年年初，国家就已经有支持固态电池发展的苗头了，2024年1月21日，在 中科院院士欧阳明高的牵头下，“ 中国全固态电池产学研协同创新平台”在北京正式成立，同时举办“中国全固态电池创新发展高峰论坛”。这是一个致力于推进我国全固态电池学术及产业化发展的非法人组织，目的就是为了推进固态电池的协同研发。大会的参加者不仅有以宁德时代、比亚迪为首的多家主流电池厂商，还包括了工信部、科学技术部等一系列相关政府部门。在会上，中国化学与物理电源行业协会理事长郑宏宇也明确提出，“中国全固态电池产学研协同创新平台”的成立，既是中国锂电产业发展历程中重要一步，也是 落实国家战略意图。而且在三个月前，工信部就《锂电池行业规范条件（2024年本）》修订征求意见，修订版对于储能电池要求没有变化，但 新增了固态电池相关要求。首次明确了对于固态电池的标准，需要单体电池能量密度 ≥300Wh/kg，电池组能量密度≥260Wh/kg，循环寿命≥1000次且容量保持率≥80%。眼下，技术不断迭代，锂电池的容量、能量密度都已经接近极限，纯电动车的续航里程也逐渐摸到天花板，而固态电池已经成为行业下一个重点进化的方向。但值得注意的是，固态电池并不是近几年才开始研究的，时间甚至比现在的液态锂电池还要早，但是到今天为止，依然无法大规模商业化量产，可见其研发难度有多高。固态电池，顾名思义，是一种使用固体电极和固体电解质的电池。传统锂离子电池包括正极、负极、电解液、隔膜四大组成部分，但这种结构有非常大的缺点，那就是隔膜承担的保护作用，无法保证绝对的安全，有被电子击穿的风险，从而发生爆炸。液态电池为了保证安全性，电解液和隔膜这两个东西加起来的体积就占了电池的40%左右，极大地压缩了能量密度。但固态电池，不但可以把密度更大的固体电解质塞进去代替这两种东西，还可以让正负极之间的距离缩短到10微米左右。所以固态电池相比于传统液态电池具有 高能量密度和 更稳定的优点。02再让子弹飞一会固态电池很强，但确实需要时间孵化。作为纯电车领域“技术珠峰”，固态电池的技术阻碍不仅来自于材料体系的迭代升级，以及固-固接触问题，制造工艺的优化也有巨大挑战。比如其正极材料，高镍三元正极安全性差且易发生热失控问题，需要转向超高镍、富锂锰基等新材料。而且固态电池的电解质由液态转固态，因此三大主流技术路线的电解质问题仍没有找到最优解。目前固态电池的研发，主要集中在 中日韩美欧五个国家和地区，整体仍处于研发和试验阶段，欧美地区更是寄希望于通过固态电池，改变现有动力和储能电池格局。仅从固态电池的技术来源和布局上看，日本仍处于领先的地位，中科院院士欧阳明高曾表示，从全球固态电池产业布局来看，中国的企业最多。其次是日本，日本企业虽然不多，但个个实力很强。截至2022年9月初，在全球固态电池领域的专利申请数量中，近45%来自日本，中国、美国、德国、韩国紧随其后。其中，丰田是在固态电池领域专利申请数量最多的企业，拥有全固态电池专利 1300多项。 而根据智慧芽全球专利库的数据，截止2023年10月，中国国内公司有关全固态电池的专利， 不足100项。此外，全球固态电池专利数持有者第二、第三名也都是日本公司，前六名均被日本和韩国包揽。以日系车企为例，根据丰田去年发布的规划， 最早到2027年，其向市场投放搭载全固态电池的电动汽车；日产则计划在2028年推出首款搭载全固态电池的量产车型；本田规划在2025年后推出全固态电池车型。韩国的研发以三大电池商为主，分别为LG新能源、SK On、三星。三家电池商在全固态电池技术方面都有不少实质性的进展，尤其是三星，作为唯一在专利前五的非日系企业，三星计划在 2027 年前推出能量密度 超过900Wh/kg的全固态电池，此类电池可能会首先用于电动汽车，然后用于智能手机、笔记本电脑、平板电脑等电子产品。而美国以初创电池企业为主，与车厂共同研发，例如Solid Power和宝马合作，Quantum Scape和大众合作。从时间上看，产业化的时间基本都是在 2027-2030年。虽然中国在锂电池的产业研发上起步较晚，但已经从追赶者变成了竞争者，固态电池产业自去年开始就取得了不少进展。去年6月，卫蓝新能源宣布将360Wh/kg半固态锂电池电芯正式交付蔚来汽车，去年底，蔚来创始人李斌直播实测了150kWh电池包行驶距离达1044公里。今年的4月份，自从智己发布首个量产上车的“超快充固态电池”智己L6以来，就像引爆了中国固态电池的引线，不少企业公布了研发进展或成果。广汽集团官宣实现了全固态电池能量密度达到400Wh/kg以上，较当前量产的液态锂离子电池体积能量密度提升52%以上，可以实现超1000公里续航，其全固态电池量产装车的时间点为 2026年，将搭载于旗下昊铂车型。同样在4月份，宁德时代首席科学家吴凯在CIBF2024先进电池前沿技术研讨会上称，宁德时代计划在 2027年小批量生产全固态电池，不过其并未披露全固态电池批量装车的时间表。长安汽车也表示，预计到 2030年推出包括液态、半固态和固态在内的8款自研电芯。紧接着，上汽集团在一次新能源技术发布会上宣布，他们的全固态电池将采用聚合物-无机物复合电解质技术路线，并计划于 2026年实现量产。这种全固态电池的能量密度预计超过400Wh/kg，体积能量密度超过820Wh/L，电池容量能超过75Ah。当然，技术上车是好事，但也应该看到差距，国家队下场就像给企业指明了方向，具体到市场和外国企业拼刺刀，还得看企业自身实力。至于能否在技术上实现突围，让子弹再飞一会。 ... PC版： 手机版：

TDK株式会社称在电池技术上取得突破

TDK株式会社称在电池技术上取得突破 全球最大智能手机电池制造商 TDK株式会社宣布开发出固态电池电解质使用的新材料，将用于固态电池产品 CeraCharge，其能量密度达到了每升 1,000 瓦时，是旧产品的 100 倍，目前市场上最先进的锂离子电池能量密度为每升 500 瓦时，TDK 的产品提升了一倍。新电池将取代旧的纽扣式电池，用于无线耳机、智能手表和助听器等可穿戴设备，TDK 计划最早 2025 年提供样品供货。 via Solidot

科学家们发现了一种稳定的高导电性锂离子导体

科学家们发现了一种稳定的高导电性锂离子导体 虽然硫化物固体电解质具有导电性，但它们会与水分反应形成有毒的二硫化氢。 因此，需要既导电又在空气中稳定的非硫化物固体电解质来制造安全、高性能和快速充电的固态锂离子电池。在最近发表在《材料化学》杂志上的一项研究中，由东京理科大学 Kenjiro Fujimoto 教授、Akihisa Aimi 教授和 DENSO CORPORATION 的 Shuhei Yoshida 博士领导的研究小组发现了一种稳定且高导电性的锂离子导体 烧绿石型氟氧化物的形式。藤本教授表示：“制造全固态锂离子二次电池是许多电池研究人员长期以来的梦想。 我们发现了一种氧化物固体电解质，它是全固态锂离子电池的关键组成部分，它兼具高能量密度和安全性。 除了在空气中稳定之外，该材料还表现出比之前报道的氧化物固体电解质更高的离子电导率。”本工作研究的烧绿石型氟氧化物可表示为Li2-xLa(1+x)/3M2O6F (M = Nb, Ta)。 使用各种技术对其进行结构和成分分析，包括 X 射线衍射、Rietveld 分析、电感耦合等离子体发射光谱法和选区电子衍射。 具体来说，开发了Li1.25La0.58Nb2O6F，在室温下表现出7.0 mS cm⁻¹的体离子电导率和3.9 mS cm⁻¹ 的总离子电导率。 人们发现它比已知的氧化物固体电解质的锂离子电导率更高。 该材料的离子传导活化能极低，并且该材料在低温下的离子电导率是已知固体电解质（包括硫化物基材料）中最高的之一。确切地说，即使在 –10°C 的温度下，新材料在室温下也具有与传统氧化物基固体电解质相同的电导率。 此外，由于在 100 °C 以上的电导率也已得到验证，因此该固体电解质的工作范围为 –10 °C 至 100 °C。 传统的锂离子电池无法在低于冰点的温度下使用。 因此，常用手机锂离子电池的工作条件为0℃至45℃。研究了该材料中的锂离子传导机制。 烧绿石型结构的传导路径覆盖了位于 MO6 八面体形成的隧道中的 F 离子。 传导机制是锂离子的顺序运动，同时改变与氟离子的键。 Li离子总是穿过亚稳态位置移动到最近的Li位置。 与 F 离子结合的固定 La3+ 通过阻断传导路径并消除周围的亚稳态位置来抑制锂离子传导。与现有的锂离子二次电池不同，氧化物基全固态电池不存在因损坏而导致电解液泄漏的风险，也不像硫化物基电池那样产生有毒气体的风险。 因此，这项新的创新预计将引领未来的研究。 “新发现的材料是安全的，并且比之前报道的基于氧化物的固体电解质具有更高的离子电导率。 这种材料的应用有望开发出革命性的电池，这种电池可以在从低到高的宽温度范围内工作，”藤本教授展望道。 “我们相信固体电解质应用于电动汽车所需的性能是满足的。”值得注意的是，新材料非常稳定，如果损坏也不会点燃。 它适用于飞机和其他对安全至关重要的地方。 它还适合高容量应用，例如电动汽车，因为它可以在高温下使用并支持快速充电。 此外，它还是一种有前途的用于电池、家用电器和医疗设备小型化的材料。总之，研究人员不仅发现了一种具有高导电性和空气稳定性的锂离子导体，而且还引入了一种新型的超离子导体焦绿宝石型氧氟化物。探索锂周围的局部结构、它们在传导过程中的动态变化，以及它们作为全固态电池固态电解质的潜力，是未来研究的重要领域。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：