硫化物全固态锂二次电池材料的研究与开发

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摘   要：研究人员发现一种性能不亚于有机电解液，且锂离子导电性优异的硫化物固体电解质，通过该电解质，有望实现安全的全固态锂二次电池，本文将主要介绍利用液相法的电极、固体电解质材料的合成与复合化及其反应机理。

关键字：液相法、全固态电池、复合化、硫化物固体电解质、核生长法、电极复合体

概要

近年来，研究人员发现了一种硫化物固体电解质，其性能不亚于有机电解液，且锂离子导电性优异。通过该电解质，有望实现安全的全固态锂二次电池。为了使全固态电池早日投入实际使用，研究人员正在进行各种研发，以提高能量密度和输出、并降低成本。

现有技术

利用乳钵混合、球磨机等的材料开发

●结构难以控制（无法控制）

●成本高（需要大量能量）

●不适合大量生产等

液相法的优势

利用液相法（使用有机溶剂等）的材料开发

●结构可控制

●价格便宜

●可大量生产

特征

1. 利用液相法的材料合成与复合化

在全固态电池中，需要制作一种通过混合以下三种粉末而制成的电极复合体：①纳米级电极活性物质；②锂离子导电性硫化物固体电解质（Li₃PS₄等）；③乙炔黑等碳类导电助剂。

该研究小组（由AIpatent认证专家库成员组成，欲知详情可联络[e-mail]）正在设计一种电极复合体，该电极复合体利用“在活性物质表面析出核物质（Li₂S），并以其为基础均匀地涂覆固体电解质的核生长法”和“通过能够均匀分散纳米颗粒的静电吸附法制作的复合颗粒”等，控制电子、离子传导路径。（图1）

同时，在液相法中，随着“溶剂”这一要素的增加，反应机制变得复杂，且未知部分较多，因此，为了研究各过程中发生了何种反应，该研究小组正在从装置系统的构建开始进行开发。

图1 利用液相法的硫化物固体电解质合成和电极复合体的制作

2. 全固态电池用新型正极活性物质的材料探索

为了使车载用全固态电池投入实际使用，需要实现与汽油车相同的续航距离。为此，需要维持电池的重量和体积，并提高能量密度来储存目前数倍以上的电量。为解决该课题，需要开发一种新型电极活性物质。该研究小组正在从固相法的材料探索过渡至液相法。

●硫化锂（Li₂S）正极

●具有过量锂的层状岩盐型氧化物（Li₂MnO₃）正极

●抗钙钛矿型（Li₂CoSO）正极

实用化构想、预期用途

●电极活性物质、固体电解质材料的制造

●电极活性物质、固体电解质复合材料的制造

●合成过程的条件优化

●新型电极活性物质、固体电解质材料的提出

●用于保证质量和预测劣化的材料试验

用于实现实用化的课题

●课题是与固相法相比，性能低下（锂离子导电性较低等）。

●液相法中的反应机制复杂且未知部分较多，因此有必要对液相合成和复合化方法的各过程中发生了何种反应进行仔细研究。

只有组合使用各种基础技术，才能实现全固态电池的高性能化。欢迎广大研究者和企业就技术咨询和合作研究来函洽谈（[e-mail]），例如是否可以将自己研究领域或自己公司的强项技术应用于全固态电池等。

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翻译：李释云

审校：李涵、贾陆叶

统稿：李淑珊

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