日本橫濱國立大學矢部內尚明教授領導的科學家團隊研究了一種在全固態電池中具有前所未有穩定性的新型正極材料,并將這種正極材料,固態電解質和負極組成全固態電池,進行測試。

全固態電池示意圖

全固態電池示意圖

“康橋電池能源CamCellLab”消息顯示,和燃油車相比,電動車價格偏高。并且鋰離子電池使用有機電解液,容易起火燃燒。而全固態電池使用固態電解質,可以避免上述問題,安全性提升。但是,全固態電池在鋰離子脫嵌入嵌時,材料的晶體結構會發生變化,造成電極膨脹或者收縮,破壞電解質和電極之間的界面,影響循環性能和電池的耐用性。

為了解決上述問題,日本橫濱國立大學矢部內尚明(Naoaki Yabuuchi)教授領導的科學家團隊研究了一種在全固態電池中具有前所未有穩定性的新型正極材料。并將這種正極材料,固態電解質和負極組成全固態電池,進行測試。研究成果發表在著名的《自然》刊物的子刊《自然材料》上。

研究團隊合成的材料是Li8/7Ti2/7V4/7O2,這是一種結合了鈦酸鋰(Li2TiO3)和二氧化鋰釩(LiVO2)的優化部分組成的二元系統。當球磨至納米級的適當粒徑時,這種材料具有高容量,這要歸功于其大量的鋰離子可以在充電/放電過程中可逆地插入和提取。

與其他正極材料不同,Li8/7Ti2/7V4/7O2具有使其脫穎而出的特殊性質:完全充電和完全放電時的體積幾乎相同。一方面,鋰離子的去除或“脫鋰”會導致晶體中自由體積的增加,從而使其收縮。另一方面,一些釩離子從它們原來的位置遷移到鋰離子留下的空間,在這個過程中獲得更高的氧化態。這導致與氧氣的排斥相互作用,進而產生晶格的膨脹。

矢部內尚明教授認為“當收縮和膨脹達到很好的平衡時,電池在充電或放電時(即循環過程中)會保持尺寸穩定性?!?/p>

研究團隊通過將這種新型正極材料與硫化物固態電解質Li6PS5Cl以及Li-In合金負極組成全電池進行測試,該電池具有300mAh/g的容量,并且在400次充電/放電循環中沒有退化。

矢部內尚明教授認為,這一發現可以大大降低電池成本。實用高性能固態電池的開發也可以促進先進電動汽車的發展。

[責任編輯:張倩]

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