成功实现全固态电池的容量倍增和高输出！重点：电极中的锂数量和清洁的“界面”

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摘   要：日本东京工业大学、东北大学等的共同研究小组通过控制电极和电解质之间的界面使其不含杂质，取得了巨大成果，成功实现了全固态锂离子电池的容量倍增和高输出，扩大了全固态LIB的应用范围。

关键字：全固态电池、锂离子电池（LIB）、容量倍增、高输出、锂数量、清洁界面、固体电解质

日本东京工业大学、东北大学、产业技术综合研究所、日本工业大学合作进行全固态电池（全固态锂离子电池）的研究，并于1月26日共同宣布成功实现了开发目标之一——电池容量倍增和高输出化。

此次开发的全固态LIB的界面形成过程和充放电操作的示意图。

锂离子电池（LIB）与传统电池相比，能量密度更高，并且在相同尺寸的情况下可实现更大的电池容量。因此，可以增加智能手机、笔记本电脑、平板电脑、数码相机、便携式音乐播放器等各种移动设备的运行时间，极大地改变了人们的生活方式。

当然，锂离子电池也可以用于电动汽车。然而，由于目前LIB的电解质为液体，进一步提高能量密度和快速充电能力受限，在安全性方面也存在一些问题。而正在研发的全固态电池（全固态LIB）使用固体电解质代替电解液，有望突破当前限制，因此各国正在加速此类电池的研发。

固体电解质要求高性能化

传统的LIB具有爆炸和起火风险，而全固态LIB可以降低这种风险。此外，全固态LIB在性能方面还有利于提高容量和输出，缩短充电时间等。然而，可用于电动汽车的大容量全固态LIB尚未投入实际使用。

作为可实现这些开发目标的手段，除了固体电解质之外，新型电极材料的研究也很活跃。除了广泛使用的产生约4V电压的电极材料之外，使用产生约5V较高电压的电极材料的高输出全固态电池也备受关注。

重点是电极中的锂数量和清洁的界面

在此背景下，由来自东京工业大学、东北大学、产业技术综合研究所的研究者们（AIpatent认证专家库成员，欲知详情可联络[e-mail]）组成的共同研究小组通过控制电极和电解质之间的界面使其不含杂质，取得了巨大成果。与使用传统电极的全固态LIB相比，成功使电池容量增加了一倍（图1b）。

传统电极和此次开发的电极都使用由锂、镍、锰、氧构成的化合物，但此次的重点是锂的数量增加了一倍（这导致电池容量增加了一倍）。此外，此次开发的全固态LIB的工作电压为4.7V和2.8V，且即使充放电50次也能稳定运行（图1a）。

此外，由于电极与电解质之间的界面不含杂质，因此“界面电阻”小，可以实现高输出。实验表明，在电极和电解质之间的界面处混入杂质后，充放电操作完全停止（图1c）。还明确了不含杂质的界面对于提高全固态LIB的容量和输出极为重要。

图1：此次开发的全固态LIB的充放电测定结果。（a）具有清洁界面时的循环伏安法（一种通过改变电池电压来测量所产生电流的方法）。（b）同样具有清洁界面时的电池容量。确认了循环至第50次时的稳定充放电操作。（c）界面存在杂质时的循环伏安法。结果显示充放电操作完全停止。

共同研究小组表示，“此次成果可以实现低界面电阻、快速充放电、高输出化和电池容量倍增，从而扩大全固态LIB的应用范围”。此次成果是朝着实用化迈出的巨大一步。

此外，除了获得了日本新能源产业技术综合开发机构、科学技术振兴机构战略性创造研究推进事业、日本学术振兴会的科研费之外，该研究还得到了丰田的支持。众所周知，丰田汽车致力于全固态电池的开发，这也可以说是其研究成果之一。

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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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