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使用氧化物系固体电解质材料电极,成功实现全固态电池的室温运行!

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摘  要:日本国立研究开发法人产业技术综合研究所的研究小组开发出一种可用于氧化物系全固态电池的高容量正极和负极,通过使用该正负极复合材料制作全电池并进行测试,25℃时的能量密度为283Wh/kg(以正负极重量为基准),与传统全固态锂离子电池相比,能量密度大幅提升,证实了高安全性全固态锂硫电池的可行性。

关键字:全固态电池、氧化物系全固态锂硫电池、固体电解质、新电极、室温运行

 

 

 

 要点

◆开发出用于新一代锂离子电池的新电极

◆使用新开发的正负极的试验电池,在室温下实现高能量密度,达到实用水平

◆有望尽早实现安全(有毒气体产生的风险较小)的氧化物系全固态电池的实用化

 

 

概要

 

日本国立研究开发法人产业技术综合研究所(以下简称“产综研”)的研究小组新开发出用于新一代锂离子电池——氧化物系全固态电池的高容量正极和负极,为解决锂离子电池长久以来面临的课题——安全性的大幅提高开辟了道路。

 

与使用可燃性有机电解液的传统锂离子电池相比,使用阻燃性无机固体电解质粒子的全固态锂离子电池可以显著提高安全性。特别是与硫化物系固体电解质材料不同,氧化物系固体电解质材料没有产生有毒气体的风险,可以实现更安全的电池。但是,由于其充放电反应通过粒子间接触点进行,因此使用一般的硬质氧化物系固体电解质粒子时,粒子间接触不良,难以获得高电池性能。此外,高容量活性物质Li2S和Si的反应性低,因此在室温工作条件下无法与氧化物系固体电解质材料结合使用。

 

本次研究中,开发出一种简单的制造工艺,仅需将高变形性氧化物系固体电解质的原料与导电材料及电极活性物质(Li2S或Si)混合并进行机械研磨处理,即可得到用于高性能氧化物系全固态锂硫电池的Li2S正极及Si负极的复合材料。使用该正负极复合材料制作全电池并进行测试,25℃时的能量密度为283Wh/kg(以正负极重量为基准),与传统的使用氧化物系固体电解质材料电极的全固态锂离子电池相比,能量密度大幅提升。而且该技术抗短路能力强且制造工艺简单,有望为新一代电池的早日实现作出贡献。

 

图0.png

使用氧化物系复合电极材的全固态电池的全电池能量密度

(以正极+负极重量为基准)

 

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