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摘要：国际研究小组开发了一种锂过量型钒系氧化物材料，并明确了该材料具有高容量，且在充放电过程中晶格体积不变。此外，通过将本材料与硫化物系固体电解质组合，证明了即使经过400次循环其特性也不会劣化。本研究抑制了一直阻碍全固态电池实用化的晶格体积变化，有望推动超长寿命且高能量密度的全固态锂离子电池的实用化。

关键词：全固态电池、钒系氧化物、硫化物系固体电解质、晶格体积变化

研究要点

●发现在充放电过程中晶格体积不变的新型钒系高容量正极材料

●不会因锂的插入和脱嵌引起晶格畸变，因此有望实现长寿命电池

●通过将其与固体电解质组合，实际制作长寿命工作电池

国际研究小组开发了一种锂过量型钒系氧化物材料，并明确了该材料具有高容量，且在充放电过程中晶格体积不变。此外，通过将本材料与硫化物系固体电解质组合，证明了即使经过400次循环其特性也不会劣化。本研究抑制了一直阻碍全固态电池实用化的晶格体积变化，有望推动超长寿命且高能量密度的全固态锂离子电池的实用化。

【研究成果】

锂离子蓄电池的市场正在迅速扩大，因此以进一步提高电池能量密度为目标的研发也日趋活跃。此外，用固体电解质取代锂离子电池电解液的全固态电池的实用化备受期待。全固态电池有望成为具有可快速充电且能量密度高、寿命长等诸多优势的理想电池，因此世界各国都在竞相研发。然而，一般的电池材料在充放电过程中会发生氧化还原反应以及锂的插入和脱嵌，导致晶格体积发生较大变化，难以在固体电池材料和固体电解质之间形成稳定的界面。为了解决这一问题，需要对电池施加非常大的围压，而这是电池轻量化和实用型全固态电池开发的课题之一。在充放电过程中晶格体积不变的材料可以解决这些问题，对于全固态电池实用化十分重要。

本研究成果是由研究小组自主研发的具有岩盐型结构的锂过量钒系正极材料（Li_8/7Ti_2/7V_4/7O₂），与传统的钴镍系材料相比，具有高容量，并且在充放电过程中晶格体积不变。大型同步辐射装置SPring-8的BL04B2和BL19B2也证实了这一特征，即通过采用三维岩盐型结构而非二维层状结构，以及平衡锂脱嵌引起的晶格体积收缩和钒离子在固体中移动引起的晶格膨胀来实现。此外，实际制作了使用硫化物固体电解质的全固态电池，确认可以实现优于传统层状材料的循环寿命，即使在400次循环后电池特性也不会劣化。随着未来研究的推进，有望开发出实用型全固态电池。

【社会背景】

世界各国都在推进脱碳社会的实现。为此，利用太阳能和风能等自然能源，提高电动汽车性能必不可少，因此需要开发可快速充电且能量密度高、寿命长的全固态电池。开发这种全固态电池的关键材料是具有高离子电导率的固体电解质，以及在充放电过程中体积不变的电极材料。锂过量钒系正极材料（Li_8/7Ti_2/7V_4/7O₂）的发现是实现全固态电池实用化的重要一步。

【未来展望】

本研究发现了一种无序岩盐型锂过量钒系材料，并确立了抑制晶格体积的新型电池反应的基础理论。通过这一基础理论的应用，未来有望进一步进行材料开发，实现包括全固态电池在内的新一代锂离子蓄电池。

翻译：李释云

审校：李涵

通稿：李涵

参考日本报道原文：

http://www.spring8.or.jp/ja/news_publications/press_release/2022/221213/

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锂过量钒系岩盐材料的开发及其在超长寿命实用型全固态电池中的应用