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，電動車價格偏高。并且鋰離子電池使用有機電解液，容易起火燃燒。而全固態(tài)電池使用固態(tài)電解質(zhì)，可以避免上述問題，安全性提升。但是，全固態(tài)電池在鋰離子脫嵌入嵌時，材料的晶體結(jié)構(gòu)會發(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。
為了解決上述問題，日本橫濱國立大學(xué)矢部內(nèi)尚明（Naoaki Yabuuchi）教授領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家團隊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)和負極組成全固態(tài)電池，進行測試。研究成果發(fā)表在著名的《自然》刊物的子刊《自然材料》上。
研究團隊合成的材料是Li8/7Ti2/7V4/7O2，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)球磨至納米級的適當(dāng)粒徑時，這種材料具有高容量，這要歸功于其大量的鋰離子可以在充電/放電過程中可逆地插入和提取。
與其他正極材料不同，Li8/7Ti2/7V4/7O2具有使其脫穎而出的特殊性質(zhì)：完全充電和完全放電時的體積幾乎相同。一方面，鋰離子的去除或“脫鋰”會導(dǎo)致晶體中自由體積的增加，從而使其收縮。另一方面，一些釩離子從它們原來的位置遷移到鋰離子留下的空間，在這個過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，進而產(chǎn)生晶格的膨脹。
矢部內(nèi)尚明教授認為“當(dāng)收縮和膨脹達到很好的平衡時，電池在充電或放電時（即循環(huán)過程中）會保持尺寸穩(wěn)定性。”
研究團隊通過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合金負極組成全電池進行測試，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。
矢部內(nèi)尚明教授認為，這一發(fā)現(xiàn)可以大大降低電池成本。實用高性能固態(tài)電池的開發(fā)也可以促進先進電動汽車的發(fā)展。
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