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摘要：氧化物基全固态电池稳定性高，是极具潜力的新一代电池技术之一。日本精密陶瓷中心聚焦钛酸镧锂（LLTO）这一氧化物固体电解质材料，利用具有均匀原子排列的LLTO单晶，成功获得了室温下为传统材料4倍、低温下为传统材料10倍的锂离子电导率。该成果有望助力新材料开发，解决氧化物基全固态电池实用化的难题。

关键字：全固态电池材料、氧化物基固体电解质、钛酸镧锂、新型测量方法、高锂离子电导率

在全固态电池的材料开发领域，硫化物基固体电解质由于具备优良的锂离子电导因而发展迅速。相比之下，氧化物基固体电解质虽然更安全、更稳定，却存在锂离子传导能力不足的问题。

运用积累多年的电子显微镜观察技术测量离子电导率

阐明促进锂离子流动的原子排列并将其纳入电池材料的开发，是实现全固态电池的关键。据纳米结构研究所电池材料分析组的小林俊介介绍，日本精密陶瓷中心（JFCC）所关注的钛酸镧锂（LLTO）“在1990年代曾被报道具有良好的离子传导特性。”在氧化物基固体电解质当中，这是一种具有优异锂离子传导性的材料。

锂离子在小于1纳米（十亿分之一米）的缝隙中移动。在一般的LLTO（多晶）中，原子排列每隔10-50纳米就会发生变化。在原子排列改变的地方，锂离子流动性会变差，因此本研究采用了原子排列整齐的LLTO单晶来测量传导性。

在单晶中，原子排列变化的间隔比LLTO多晶宽100倍以上。LLTO单晶适合用来测量适于锂离子流动的位置，从而为了解原子排列和离子传导之间的关系提供线索。

用于测量的LLTO单晶极薄，目标厚度不足20微米（1微米为百万分之一米）。因此，研究小组构建了一种采用超细针状微探针的新型测量方法。JFCC充分利用积累多年的电子显微镜观察技术，对锂离子电导率进行了测量。

在测量中，研究小组采用厚度为13微米的极薄LLTO单晶研究锂离子的运动。测量结果证实，LLTO单晶的钠离子电导率非常高，在室温下约为LLTO多晶的4倍，在低温下约为LLTO多晶的10倍。此外，在接近室温的情况下，其活化能极低，为0.216电子伏特（eV），表明锂离子容易移动。

上述数值已相当于硫化物基固体电解质，后者被认为具有目前最优秀的锂离子电导率。“研究小组第一次通过实验证实，LLTO单晶当中的锂离子移动比预估要容易。这一结果与理论计算结果接近。”小林俊介评价道。

此外，研究小组还采用电子背散射衍射法（EBSD），用电子束对样品进行照射，研究了原子的排列方向，结果发现其排列方向相较理想方向倾斜了约20度。如果能找到最佳的晶体方向，就可能实现更高的锂离子电导率。今后，研究小组将继续对锂离子最容易移动的原子排列进行测量，并不断积累知识。

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全固态电池材料开发现状——突破实用化难题