日本合成高成型性氯化物材料 有助于全固态电池制造
发布时间：2020-07-23 发布者：亚时财经
当下，新能源行业热度仍在持续，特别是多家车企都投身进入新能源出行的赛道中，让电池等相关行业得到极大发展。此外，各大学院也加大力度研发更好的电池或相关工艺。近日，日本名古屋工业大学就合成了一种高成型氯化物材料，有助于大容量全固态电池的制造。
（图源：网络）
近日，日本名古屋工业大学研究生院工学研究科的谷端直人助教等人组成的研究小组，采用高成型性氯化物固体电解质材料制作了高能量密度锂金属电极，并实现了稳定的充放电循环。该团队成功地在惰性气体和常温常压环境下合成了以前需要在有毒气体和高温下处理的氯化物材料。
此外，该团队仅利用压缩粉末这种简单且环境负荷低的工艺，就抑制了锂金属负极存在的短路问题。
据悉，纯电动汽车使用的锂离子电池需要提高能量密度以延长续航距离。锂离子电池通过负极与正极之间的锂离子交换将化学能转化为电能。负极采用锂金属的电池可以说是极致的高能量密度电极，但充电时锂金属会枝状析出（枝晶），容易造成短路，存在爆炸等危险，因此一直未能实现实用化。而目前的锂离子电池采用可燃性材料——有机电解液作为锂离子通道，也可能会引起爆炸。
全固态电池的固体电解质层有望以物理方式抑制锂的枝晶现象，但随着将电解质更换为固体，会出现固-固接合及其界面的离子导电性低的问题。以往的氧化物固体电解质一般通过在1000℃等的高温下烧结的方法接合固-固颗粒，但会与电极材料发生副反应，出现元素蒸发及各层弯曲等现象。并且通过高温处理进行烧结后，也无法完全抑制枝晶。
此次研究探索实现了仅通过压粉就能实现牢固的固-固接合的高成型性固体电解质材料。团队一开始就将目光放在了氯离子上。与常规材料中的氧化物离子相比，氯离子具有较低的电荷密度，与锂离子之间的库仑相互作用也比较弱，因此不会束缚锂离子，有望实现高速离子导电。其极化率也很高，颗粒有望随着压力而变形。
通过一系列研究实验后，该团队将制得的固体电解质材料应用于采用锂金属电极的全固态电池，通过试验确认，以往的氧化物电解质材料在第一次充放电循环中就会发生短路，而此次研究的氯化物材料实现了70次的稳定充放电循环。
据了解，提高全固态电池能量密度的关键在于固体中传导锂离子的固体电解质。此次研究开发的氯化物材料还具有较高的抗氧化性，研究小组计划今后通过采用高电位材料作为锂金属电极对应的正极，实现新的高能量密度全固态电池。
责任编辑：Carrick
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