全固态锂电池
动力电池产品分析全固态锂离子电池的优势与挑战

动力电池产品分析全固态锂离子电池的优势与挑战动力电池产品分析:全固态锂离子电池的优势与挑战随着电动车市场的快速发展,动力电池作为电动车的核心部件之一,也变得越来越重要。
在各种动力电池技术中,全固态锂离子电池因其在能量密度、安全性和循环寿命等方面的优势备受瞩目。
本文将对全固态锂离子电池的优势与挑战进行分析。
1. 全固态锂离子电池的优势全固态锂离子电池是一种使用固态材料(如固态电解质)替代传统液态电解质的新型电池技术。
相对于传统液态锂离子电池,全固态锂离子电池具有以下几个优势:1.1 高能量密度全固态锂离子电池采用固态电解质,具有更高的能量密度。
固态材料具有更高的离子传输速度,能够提高电池的充电和放电效率,从而增加电池的能量密度。
这意味着电池可以存储更多的能量,提供更长的续航里程。
1.2 高安全性全固态锂离子电池采用固态电解质,相对于传统液态电解质的电池来说,更加稳定。
固态电解质可以有效阻止电池内部的热点扩散,提高电池的安全性能,降低了电池的燃烧和爆炸风险。
1.3 长循环寿命全固态锂离子电池具有较长的循环寿命。
固态电解质具有更好的化学稳定性,能够抑制电池在充放电过程中的电解液溶剂损耗,提高电池的循环寿命。
此外,固态电解质还能够抑制电池正负极材料的氧化和腐蚀,延长电池的使用寿命。
2. 全固态锂离子电池的挑战尽管全固态锂离子电池具有很多优势,但目前在其商业化应用中仍然面临一些技术挑战:2.1 电解质导电性能当前的全固态锂离子电池中,固态电解质的导电性能相对较低。
这会导致电池输出功率较低,不适合高功率应用,如电动汽车加速和快速充电等。
因此,提高固态电解质的导电性能是目前全固态锂离子电池研究和开发的重要方向。
2.2 生产成本全固态锂离子电池的制造成本相对较高。
固态电解质是一种高纯度材料,制备工艺相对复杂,成本较高。
此外,生产全固态锂离子电池的设备和工艺也需要进一步发展和改进,以降低生产成本。
2.3 材料稳定性目前的全固态锂离子电池中,一些正负极材料在长时间循环使用中会出现稳定性问题,导致电池容量和循环寿命下降。
全固态锂电池研究报告

全固态锂电池研究报告
随着人们对环保和安全的要求日益提高,全固态锂电池作为新一代锂离子电池已逐渐受到关注。
本报告就全固态锂电池的研究现状、技术特点及应用前景进行分析和探讨。
一、全固态锂电池的研究现状
全固态锂电池是指电解质全部为固态材料的锂离子电池,其优点包括高安全性、高温度稳定性、高能量密度等。
目前,全固态锂电池的研究主要集中在电解质材料、电极材料以及电池构造等方面。
电解质材料包括硫化合物、氧化物、硅酸盐等,电极材料则包括硫化物、氧化物等。
近年来,全固态锂电池的研究进展较快,不断有新材料推出,但仍存在问题,如电阻率大、循环寿命短等。
二、全固态锂电池的技术特点
全固态锂电池相比液态锂电池,具有以下技术特点:
1.较高的安全性:全固态锂电池采用固态电解质,不含有液态电解质,相比液态锂电池更加安全可靠。
2.较高的能量密度:固态电解质的特性使得全固态锂电池具有更高的能量密度,有望超过目前的液态锂电池。
3.较高的温度稳定性:全固态锂电池能够在高温环境下运行,且有较好的稳定性,不会像液态锂电池那样发生“热失控”的问题。
三、全固态锂电池的应用前景
由于全固态锂电池具有高安全性、高能量密度、高温度稳定性等优点,其应用前景广泛。
目前,全固态锂电池已被应用于智能手表、
智能手环、无人机、电动汽车等领域。
随着全固态锂电池技术的不断完善,其应用范围将会越来越广泛。
总之,全固态锂电池是未来电池领域的重要发展方向,其研究和应用具有重要的意义和前景。
半固态和全固态锂电池开发制造方案(一)

半固态和全固态锂电池开发制造方案一、实施背景随着全球能源结构的转变,电池作为能源储存和输出的核心地位日益凸显。
然而,传统的液态锂电池在能量密度、充电速度和安全性方面已逐渐无法满足日益增长的需求。
半固态和全固态锂电池作为一种新型电池,具有更高的能量密度、更快的充电速度和更好的安全性,成为当前电池产业升级的重要方向。
二、工作原理1.半固态锂电池:半固态锂电池的核心在于使用部分固态电解质代替了传统的液态电解质。
相较于液态锂电池,半固态锂电池的能量密度更高、充电速度更快、安全性更好。
其工作原理与液态锂电池类似,通过锂离子在正负极之间的迁移实现电能的储存和释放。
2.全固态锂电池:全固态锂电池则完全使用了固态电解质,没有了液态电解质,其安全性大大提高。
在全固态锂电池中,锂离子在正负极之间的迁移速度更快,能量密度更高,充电速度也更快。
三、实施计划步骤1.技术研发:组织技术团队进行半固态和全固态锂电池的研发工作,包括材料选择、结构设计、工艺流程制定等。
2.实验室测试:在实验室环境中对半固态和全固态锂电池进行各项性能测试,包括能量密度、充电速度、循环寿命等。
3.中试生产:在实验室测试成功后,进行小规模的中试生产,以验证生产工艺的可行性。
4.产业转化:在中试生产成功后,将半固态和全固态锂电池生产线转化为规模化生产线,实现量产。
5.市场推广:通过各种市场推广手段,将半固态和全固态锂电池推向市场。
四、适用范围1.移动设备:手机、平板电脑等移动设备是半固态和全固态锂电池的主要应用领域之一。
由于这些设备需要高能量密度、快速充电和更好的安全性,半固态和全固态锂电池能够满足这些需求。
2.电动汽车:电动汽车对电池的要求更高,需要更高的能量密度、更快的充电速度和更好的安全性。
半固态和全固态锂电池有望成为下一代电动汽车电池的主流选择。
3.航空航天:航空航天领域对电池的安全性和质量要求极高,半固态和全固态锂电池由于其出色的安全性和高能量密度,有望在该领域得到广泛应用。
全固态锂电池技术的研究现状与展望

全固态锂电池技术的研究现状与展望近年来,飞机、汽车、船舶等交通工具的发展与信息化社会的发展密切相关,传统的锂离子电池的性能和安全性难以满足这种需求。
全固态锂电池(Solid-State Lithium Battery,SSL)是一种有前景的锂离子电池技术,它采用固态电解质和微细催化剂,在保证安全性的条件下实现了电池容量和寿命的显著提高。
目前,全固态锂电池的研究主要集中在四个方面:电解质,催化剂,负极材料和真空热处理技术。
在电解质方面,重要的研究方向是开发新型的全固态电解质和复合电解质,例如离子液体和柱状结构全固态电解质。
在催化剂方面,研究重点在于开发新型的微细催化剂材料和其制备方法,例如氧还原催化剂和氧化物形成催化剂。
在负极材料方面,重点研究是研究全固态锂离子电池的负极电化学反应机制,并开发新型全固态负极材料。
最后,在真空热处理技术方面,重点研究是研究高温下电池凝胶电解质的稳定性和结构,以及电池工艺的优化。
全固态锂电池的发展具有广泛的应用前景,尤其适用于一些具有较高要求的电场应用,如汽车电池、家用电子产品和新能源纯电动汽车等。
然而,由于全固态锂电池技术的实际应用还较少,应用还存在一些问题,如提高全固态锂电池的能量密度、改善其耐久性和安全性等。
为此,未来应继续进行交叉学科的深入研究,探索新的全固态锂电池构效关系,加速全固态锂电池的实际应用。
总之,全固态锂电池的发展已成为当今能源科学发展的热点研究领域之一,它在提高电池性能和安全性方面具有很大的潜力。
然而,要预测全固态锂电池未来发展趋势,必须深入研究各种新型全固态电解质、全固态负极材料、催化剂和真空热处理等技术材料,以及其设计和评估方法。
同时,未来还应探索全固态锂电池在新能源发电系统等领域的潜在应用,为深入推动全固态锂电池技术的发展做出贡献。
本文从全固态锂电池技术的研究现状出发,着眼于明确全固态锂电池的结构及技术性能,以及其实际应用中存在的技术问题,通过综合分析,探讨了全固态锂电池的研究展望。
氧化物全固态锂离子电池

氧化物全固态锂离子电池是一种新型的电池技术,其电解质为固态氧化物。
相比于传统的液态锂离子电池,全固态锂离子电池具有更高的能量密度、更快的充电速度、更高的安全性以及更长的使用寿命等优势。
在全固态锂离子电池中,固态氧化物电解质代替了传统的液态电解质,从而在根本上消除了电池的漏液和燃烧等安全问题。
同时,由于氧化物电解质具有较高的离子电导率和电子绝缘性,使得全固态锂离子电池具有较高的能量密度和充放电速度。
此外,全固态锂离子电池的使用寿命也较长,可达到数千次充放电循环。
然而,全固态锂离子电池的商业化应用还面临着一些挑战。
例如,氧化物固态电解质的制备成本较高,且其电导率相对于液态电解质仍然较低。
此外,全固态锂离子电池的循环性能和倍率性能也有待进一步提高。
未来,随着技术的不断进步和成本的降低,全固态锂离子电池有望成为下一代电池技术的代表。
基于金属锂负极的全固态锂电池化学储能技术

基于金属锂负极的全固态锂电池化学储能技术全固态锂电池是一种新兴的化学储能技术,采用金属锂为负极材料,通过固态电解质取代传统液态电解质,实现高能量密度、高安全性、长循环寿命等优势。
金属锂作为负极材料有着优异的电化学性能和储能能力,能够有效提高电池的功率密度和循环寿命。
金属锂是一种具有良好导电性和电化学稳定性的材料,与传统石墨材料相比,金属锂的比容量更高,循环寿命更长。
在负极反应中,金属锂可以实现更高的充放电比容量和更高的循环效率,从而提高电池的能量密度和循环寿命。
此外,金属锂的导电率较高,充放电过程中的电子传导速度更快,可以降低内阻和减少能量损失。
固态电解质是实现全固态锂电池的关键技术之一,它可以取代传统液态电解质,提高电池的安全性和稳定性。
固态电解质通常由氧化物、硫化物、磷酸盐等材料构成,具有高离子导电性、优异的稳定性和抗氧化性能。
通过优化固态电解质的结构和成分,可以实现全固态锂电池的高离子传导率和低内阻,提高电池的循环寿命和安全性。
利用金属锂负极和固态电解质构建的全固态锂电池具有很高的应用潜力。
首先,金属锂负极可以提高电池的能量密度和功率密度,满足不同应用场景对电池性能的要求。
其次,固态电解质可以提高电池的安全性和稳定性,降低火灾和爆炸风险,适用于汽车、航空航天等高安全性要求的领域。
此外,全固态锂电池还具有较长的循环寿命和较低的能量损失,对于可再生能源存储和电网调度等领域具有重要意义。
值得注意的是,全固态锂电池技术仍处于研究和开发阶段,需要进一步优化电极材料、电解质结构和生产工艺,以实现商业化应用。
未来,随着全固态锂电池技术的不断突破和进步,相信它将成为化学储能领域的重要技术,并为清洁能源发展和全球气候变化应对做出重要贡献。
全固态锂电池负极材料及其主要作用

全固态锂电池负极材料及其主要作用全固态锂电池是一种新型的锂离子电池技术,以固态材料取代传统液体电解质。
其中,负极材料在全固态锂电池中起着至关重要的作用。
本文将介绍几种常见的全固态锂电池负极材料及其主要作用。
一、锂金属锂金属是全固态锂电池中最常见的负极材料之一。
它有很高的比容量和充放电效率,能够提供更高的电池能量密度和长循环寿命。
然而,锂金属的安全性问题限制了其在商业化应用中的使用。
由于锂金属的极化效应和表面电位的变化,会导致锂枝晶的生长,进而引发电池短路、过热、甚至爆炸等问题。
因此,在实际应用中,需要通过添加表面保护层等措施来解决这一问题。
二、锂钛氧化物(Li4Ti5O12)锂钛氧化物是全固态锂电池中常用的负极材料之一。
与锂金属相比,锂钛氧化物具有更高的安全性和稳定性。
它在锂离子的嵌入/脱嵌过程中不会发生化学反应,因此不会导致枝晶生长和电池短路等问题。
锂钛氧化物的长循环寿命使其成为高能量密度和高功率密度的全固态锂电池的理想负极材料。
三、锂硅合金(Li-Si)锂硅合金是一种具有较高理论比容量的全固态锂电池负极材料。
由于硅具有很高的锂嵌入容量,锂硅合金能够提供更高的能量密度。
然而,硅在锂离子嵌入和脱嵌过程中容易发生体积膨胀和收缩,这导致了负极材料的破裂和严重容量衰减。
因此,需要开发新的纳米结构和包覆技术来解决这个问题。
四、碳材料碳材料是全固态锂电池中常见的负极材料之一。
它具有良好的化学稳定性和导电性能,能够提供稳定的循环性能。
碳材料中的石墨是最常用的负极材料,具有较高的比容量和循环寿命。
此外,碳纳米管、石墨烯等新型碳材料也被广泛研究,它们具有更高的导电性和更大的比表面积,能够提供更高的能量密度和功率密度。
总之,全固态锂电池负极材料的选择对电池的性能和安全性有着重要的影响。
锂金属、锂钛氧化物、锂硅合金和碳材料都是常见的负极材料,它们分别具有不同的特点和优势。
通过进一步的研究和开发,全固态锂电池负极材料的性能和循环寿命将得到进一步的提升,从而促进全固态锂电池的商业化应用。
高比能全固态金属锂电池关键技术研究

高比能全固态金属锂电池关键技术研究1. 引言全固态金属锂电池被认为是下一代高能量密度、高安全性和长循环寿命的电池技术,在电动汽车、可穿戴设备和储能等领域具有广阔的应用前景。
与传统的液态电解质电池相比,全固态电池采用固体电解质,避免了液态电解质的泄漏和燃烧等安全隐患,同时具有更高的电化学稳定窗口和更宽的工作温度范围。
然而,实现高性能全固态金属锂电池仍面临诸多技术挑战,需要深入研究固体电解质材料、电极材料以及电池界面等关键技术。
2. 固体电解质材料固体电解质是全固态电池的核心组成部分,其离子电导率和电化学稳定性直接影响电池的性能。
目前,主要研究的固体电解质材料包括氧化物、硫化物和聚合物等。
其中,氧化物电解质具有较高的电化学稳定性,但离子电导率相对较低;硫化物电解质则具有较高的离子电导率,但容易发生电化学分解;聚合物电解质兼具机械柔性和加工性能优势,但离子电导率较低。
开发新型高离子电导率、高电化学稳定性的固体电解质材料,是实现高性能全固态电池的关键。
3. 电极材料负极材料通常采用金属锂,具有最高的理论比容量,但存在锂枝晶生长和界面副反应等问题。
正极材料方面,传统的过渡金属氧化物材料与固体电解质的相容性较差,需要开发新型正极材料。
此外,电极材料的结构和形貌也对电池性能有重要影响,需要优化电极的制备工艺。
4. 电池界面固体电解质与电极之间的界面是影响全固态电池性能的关键因素。
由于固-固界面接触面积小、界面反应活性高等原因,界面往往存在高界面阻抗和副反应等问题。
通过界面修饰、缓冲层设计等方式,优化固-固界面接触和相容性,是提高全固态电池性能的重要途径。
5. 电池集成与封装全固态电池的集成与封装技术也是一个挑战,需要解决电池组件的密封性、机械强度等问题。
同时,还需考虑电池的生产工艺、成本和可大规模制造等因素。
6. 结语全固态金属锂电池具有巨大的应用前景,但仍需在固体电解质材料、电极材料、电池界面以及集成封装等方面进行深入研究,解决一系列关键技术问题,才能实现高比能、长循环寿命和高安全性能的全固态电池。
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以固态电解质取代传统液体有机电解液的固态电池正吸引越来越多的关注。
电动车(EV)和定置式蓄电用途的大型电池的应用需求激增,可期待安全与长寿命的固态电池正在成为一个候选产品。
在追求高容量化的新一代电池方面,固态电解质扮演角色的重要性也在日益提高。
但目前固态电解质仍然存有不少问题。
本文追寻着开发全固态电池的企业、大学和研究机构的脚步,探索固态电池通向实用化之路。
“只用固体材料即可实现电池功能的认识终于被人们普遍接受”日本东京工业大学研究生院综合理工学研究科物质电子化学专业教授菅野了次感慨道。
采用固态电解质的的大容量新一代电池,即所谓“全固态电池”近来开始受到瞩目。
这是由于其在能量密度提高的同时,还可望确保安全性和实现长寿命化(图1)。
1电动车和定置式用大型锂离子充电电池而言,保证安全是最重要的。
并且,希望长寿命化的呼声也很高,许多电池使用者希望“锂离子充电电池采用固体电解质”。
而在便携设备市场上,业者们似在考虑使用固态电解质来开发能量密度超过300Wh/kg的后锂离子充电电池。
采用有机电解液的传统锂离子充电电池,因有过度充电、内部短路等异常时可能导致电解液发热,有自燃或甚至爆炸的危险。
而将有机电解液代之以固态电解质的全固态电池,其安全性可大幅提高。
并且,因在理想状态下,固态时锂的扩散速度(离子传导率)较液体电解液时高,理论上认为其可实现更高的输出。
并且,固态电池包括其制造方式在内,可能会实现突破现有电池概念的特性。
例如,因不必封入液体,则电池外装可以简化,从而能以卷对卷(roll-to-roll)方式制造大面积单元。
进一步,还可将数层电极层积,并在单元内串联,制作12V或24V的大电压单元等,使此前不可能的电池得以实现。
实际上,电池相关学会也称,近年来关于固态电池的论文数目在增加。
其中最有兴趣的积极参与者是丰田汽车公司。
近1、2年,其以将来适用于车载的电池为目标的论文大幅增加。
对固态电池抱有强烈兴趣的,并非只有丰田公司一家。
出光兴产(Idemitsu Kosan)在展示会上以2012年实用化为目标,展示了约A6大小的固态电池,日本中央电力研究所(Central ResearchInstitute of Electric Power Industry,CRIEPI)则在开发以住宅储能为目的的固态电池。
并且,电池制造厂商也加入这股热潮:日本三星横滨研究院(Samsung Yokohama Research Institute)与韩国的三星电子已经开发出一种充放电周期寿命和输出特性都接近商业水准的固态电池。
从电池的制造方到利用方的许多企业都在致力于固体电池的开发。
固态电池的开发并非始于今日。
迄今已有过许多小型固态电池的试制品,并已在心脏起搏器(pacemaker)上实现了商业化。
只是此前的开发一直以非常小的薄型电池为中心。
然而,近来车载及定置蓄电用途采用固体大型电池的可能性一直在提高。
所有这一切的背景是,电动车和定置式蓄电用大型电池,而非迄今为止的主流——便携设备用的小型电池的需求激增,因此要求电池特性的改变,使得研发方向发生重大改变。
特别是对电池的安全性与使用寿命,有比现有的锂离子充电电池更加严格的要求。
其中,安全性自不待言,固态电池有明显优势;而在延长使用寿命方面,“固态电池的周期寿命特性原本就优异”,日本大坂府立大学(Osaka Prefecture University)研究生院工学研究科教授辰巳砂昌弘说道。
除了比目前的锂离子充电电池更安全与使用寿命更长,提高能量密度也是固态电池的一个开发主题。
使固态电池具有可增加能量密度特征的理由之一是固体电解质电位窗(potential window*)的宽广度。
而传统的有机电解液,当电池电压接近4V时电解液就开始分解,因此很难提高电池的电压上限。
*电位窗(Potential window):由溶剂和盐组成的电解液不出现氧化还原反应的电压范围。
取决于溶剂、盐与电极材料。
目前,为提高容量,锂离子充电电池的负极正准备变更为电流容能高的硅等材料(注1)。
与负极相应的高容量正极材料虽同样重要,但尚未发现有望支持更高电流容量的正极材料。
因此,在正极材料方面,将利用电流容量不变,而以高电压来增加能量密度的所谓“5V”正极材料作为了目标。
注1:日立麦克赛尔(Hitachi Maxell),2010年6月推出智能手机用硅基负极锂离子充电电池。
此外,松下公司则表明将在2012年度开始量产这种电池。
但即使采用5V电压型正极材料,传统的有机电解液还是会分解,电池的电压还是不能提高。
而使用具有更宽广电位窗的固态电解质,便可令5V正极成为可行的解答(注2)。
注2:因固态电解质是固体,当电极材料与电解质间的界面发生反应时,其进一步反应难以进行,比有机电解液难分解,因而电位窗高。
并且,固态电解质对作为锂聚合物充电电池而受到关注的硫化锂(Li-S)*与锂空气(Li-air)*电池等的下一代电池的实现,似将发挥重要的作用。
硫化锂电池使用硫(S)类材料为正极,若使用有机电解液,硫会溶解于其中。
如能利用固态电解质,则这个问题就不复存在。
*硫化锂电池(Li-S battery):正极为硫,负极为金属锂的充电电池。
因硫的理论容量高达1672mAh/g,即硫化锂电池的理论能量密度可为约2600Wh/kg。
*锂空气电池:因利用大气中的氧气为正极,所以单位质量及体积的能量密度可得到飞跃性提升,所以作为终极电池(ultimate battery)在研究。
但有观点指出,其空气极的还原反应极具难度。
被视为“终极电池”的锂空气电池,正极上需要能使空气通过的结构。
因此,固态而非液态电解质的采用很可能会促成电极结构的简化。
固态电池用固态电解质的开发可大致分为两类,即离子电导率高、使用寿命长的无机电解质与生产效率高的高分子电解质(图2)。
无机电解质可进一步分成为硫化物和氧化物两类。
目前进展最快的是硫化物类固态电解质,不断有离子电导率达10-3S/cm,与电解液性能相当的材料开发出来。
2固态电池的电解质,可大致分为无机物和高分子两类。
无机物类以较高的离子导电为特征。
高分子类虽更容易制造,但存在有低温特性的问题。
具有代表性的例子为Li2S-P2S5类与硫化结晶锂超离子导体(thio-LISICON)类电解质。
Li2S-P2S5类材料方面,已开发出了离子电导率高达3~5×10-3S/cm的材料,使用这种材料的固态电池的试制品也纷纷出笼。
而与硫化结晶锂超离子导体结构相似的材料具有较高的离子电导率已是众所周知,其中最适合电池的材料也在探索之中。
硫化物固态电解质的另一个优点,是因为使用了与下一代正极材料相同的硫(S)化物,造成优异的匹配。
如果能开发出离子电导率达约10-2S/cm的固态电解质,则“会加速下一代电池的研究”,东京工业大学的菅野表示。
然而,还有需要解决的问题。
首先是所有固态电解质共同的问题:电极活性物质和固态电解质间界面的高电阻。
且硫化物和水发生反应会产生硫化氢(H2S),这意味着从生产电解质到组装电池的整个制程都需要对湿度的控制措施。
而氧化物类方面,目前已有离子导电率达到低于硫化物的10-3S/cm的氧化物类电解质面世。
只是,具备这种特性的氧化物类为结晶构造,存在其晶界电阻(grain boundary resistance)会降低性能的问题(注3)。
即使如此,因在制造上氧化物要比硫化物更容易处理,性能与硫化物相当的氧化物类电解质的开发还是受到了关注。
注3:在氧化物类电解质方面,晶体结构的氧化物固态电解质获得了10-3S/cm以上的高离子电导率,但是当作固态电解质使用时其晶界电阻会增大。
而硫化物类相同的离子导电性是以非晶构造的固态电解质实现的。
为了使这些优劣互见的无机固态电解质用于固态电池实现高性能,在电极与电解质间形成良好的界面至关重要。
若只将它们堆叠起来,会导致两者之间的多点接触(multi-point contact),使界面电阻增加,导致整个电池无法使用。
因此,使用无机固态电解质的固态电池,以采用将电极材料与电解质混合起来的复合电极材料为主流(图3)。
并且,为了防止充放电引起的在电极活性物质与固态电解质之间的界面上生成的化合物导致界面电阻的上升,要事先在电极活性物质的表面上涂布一层氧化薄膜。
由此提高充放电周期性能。
3采用无机物类固态电解质的固态电池,随采取活性物质与固体电解质的开发及应用活性物质的表面被膜等方法,其界面电阻一直在降低。
这些努力在切实结出成果,可称之为代表的,是三星横滨研究院与三星电子开发出的固态电池。
他们在2010年3月日本电化学学会会议上发布,该电池已实现了接近实用水准的输出特性及超过现有锂离子充电电池的充放电周期寿命。
是对现有锂离子充电电池采用的正极和负极材料使用硫化物固态电解质,从而获得了出色的电池特性(图4)。
4三星横滨研究院与三星电子采用一个LiNi0.8Co0.15Al0.05O2正极材料的钮扣电池做了一项实验(a),当正极以铝涂覆时,经过300次周期后的能量维持仍高达85%(b)。
图依三星横滨研究院的资料制作。
该公司等试制的,是正极为镍类、负极为石墨类材料,固态电解质采用了离子传导率为10-4S/cm 左右的Li2S-P2S5的固态电池。
具体为,正极采用LiNi0.8Co0.15Al0.05O2,虽然细节未透露,但在正极上涂布一层铝膜,以减少其与电解质之间的界面电阻。
由此,得到了具有实用水平的0.5mA/cm2时的放电容量为105mAh/g的结果。
其充放电周期寿命的特性,据称在300次周期后,还可保持85%的容量,超过了现有锂离子充电电池的性能。
“这些成果是在固态电解质厚达400μm、离子导电性低至约10-4S/cm的情况下取得的。
这是固态电池迈向商业化的重要成果。
”三星横滨研究院大坂分所能源小组的小林直哉对此寄予期待。
开发了离子导电率高达3~5×10-3S/cm的Li2S-P2S5固态电解质等的大坂府立大学的辰巳砂实验室,使正极利用硫类材料的固态电池,达到了电解液电池无法实现的容量和寿命。
该实验室的特点之一,是利用行星式球磨机进行机械加工,以制作具高离子导电性的复合正极材料。
机械研磨除在室温下反应外,还具有可获得能直接用作固态电解质的精微颗粒玻璃的优点。
例如,由机械研磨的硫化镍(NiS)与Li2S-P2S5类固态电解质组成的复合正极、Li2S-P2S5类固态电解质和使用锂铟合金的负极所制成的固态电池,在相对高的1.3mA/cm2电流密度下展现了良好的容量与周期特性(图5)。
具体来说,50次周期后其充放电效率仍接近100%,容量仍维持在约360mAh/g。
而单以硫化镍与固态电解质混合时,容量只有100mAh/g。