mile米乐官方网站 开发出紧凑型全固态锂二次电池，实现高安全性和可靠性

米乐m6官方网站[理事长中钵良二]（以下简称“AIST”）先进涂层技术研究中心[研究中心主任 朱户淳] 能源应用材料研究组首席研究员 片冈国光 秋元淳二 研究组组长 细颗粒喷涂组 朱户淳 研究组组长（兼）单晶固体电解质作为组件尺寸较小全固态锂二次电池

锂二次电池具有高能量密度，应用于多种设备，有望提高能量密度、确保安全性、延长使用寿命。从安全角度来看，正在开发全固态锂二次电池，使用硫化物和氧化物等不易燃的无机固体电解质代替易燃的有机电解质，但它们作为材料特别稳定。氧化物基固体电解质该材料存在锂离子传导性、内部短路以及电极与固体电解质之间界面的结合强度等问题。

　这次是氧化物基固体电解质材料石榴石型氧化物单晶，并将其用于固体电解质材料。另外，这是AIST独有的常温成膜技术气溶胶沉积法（AD法）在固体电解质表面上制作正极，并实现了牢固结合的电极-电解质界面。因此，新开发的全固态锂二次电池比传统全固态锂二次电池具有更高的安全性和可靠性，有望应用于医疗应用。

　该技术的详细信息将于2017年2月15日至17日在东京有明国际展览中心（东京江东区）举行的第16届国际纳米技术展览暨会议（nano tech 2017）上公布。

当前锂二次电池配置（左）和当前全固态锂二次电池配置（右）

9838_10379密集（中光）存在无法形成固体电解质成分、因金属锂的渗透而导致内部短路等问题，以及电极与固体电解质界面之间缺乏牢固的结合，从而无法实现实用水平的电池性能。

　AIST一直致力于开发用于锂二次电池正极和负极的新型氧化物基材料（2004 年 11 月 22 日、2010 年 10 月 25 日、2014 年 1 月 27 日 AIST 新闻稿）。此外，为了开发具有与有机电解质相当的锂离子传导率的氧化物系固体电解质材料，我们正在研究具有石榴石型晶体结构的氧化物材料（石榴石型氧化物），特别是锂离子传导率低于有机电解质的锂离子传导率。密度（中三星）而导致金属锂渗透而导致内部短路的问题，我们一直在开发固体电解质组件的单晶技术。此外，采用AD方法（2004 年 5 月 20 日 AIST 新闻稿)的全固态锂二次电池。2010 年 11 月 5 日 AIST 新闻稿）。这次，我们将这些技术结合起来，开发出一种新型的全固态锂二次电池。

　有了这项技术，浮区熔化法（FZ法），我们合成了石榴石型氧化物单晶，这是一种以前被认为难以合成的固体电解质材料。通过设计FZ法的条件，我们在世界上首次实现了稳定的单晶生长。使用所获得的单晶制成的固体电解质构件具有比常规烧结体更高的性能。密集（中光），并且可以防止金属锂的渗透。短路测试结果：10 mA/cm²有大电流，也没有发生内部短路，可靠性很高。另外，25°C 时的电导率为 10^-3S/cm。这是与有机电解质相当或更高的锂离子电导率（图1）。

图1 新开发的单晶固体电解质构件(a,b)及其电化学性能(c,d)

(c)是25℃下交流阻抗测量的结果，即电阻的测量。通过测量样品厚度和面积归一化的电阻值（图中电弧分量末端的阻抗实部）的倒数就是电导率，10-3超过 S/cm。 (d)为25℃、10mA/cm下恒流直流测试的结果2的高电流密度下也能正常工作而不会发生内部短路。

　此外，我们应用AD方法解决了之前电极与固体电解质之间结合不牢固的问题。使用以石榴石型氧化物单晶作为基材的固体电解质构件，使用AD法将用于正极的镍基氧化物材料形成膜，以形成高度粘附性的电极-电解质界面。负极使用金属锂。结果，我们开发出了直径为5毫米、厚度为07毫米的紧凑型全固态锂二次电池，能够在25℃下可逆充电和放电，几乎没有短路或起火的风险，并且具有高可靠性（图2）。

图2 新开发的小型全固态锂二次电池(a)及其配置(c)， 和工作温度 25 °C 时的充电/放电循环特性 (b)

　今后，我们将与企业合作，推进作为核心技术的固体电解质单晶制造技术的量产化和品质稳定化的研究开发，并考虑开发量产性优异的单晶生长技术。我们与相关公司合作，目标是在2020年左右将微电池商业化，应用于微电池的应用领域，包括要求长寿命、高安全可靠性的医疗应用。

◆单晶

组成原子或分子按一定规律排列的固态。多晶是单晶的聚集体。由于单晶构件在晶体之间不存在晶界，因此物质的基本物理性质反映在构件中。利用这一特性并具有优异功能的单晶材料被广泛应用于工业产品中。[返回来源]

◆固体电解质

一种固体，其中离子可以通过外部施加的电场移动。一般可采用锂离子、钠离子、质子(氢离子)、氧离子等导体。重要的是，固体电解质仅允许目标离子高速移动。就全固态锂二次电池而言，它用于在充电和放电过程中在正极和负极之间转移锂离子。如果由于异物污染或金属锂的渗透，不仅锂离子而且电子也移动，则正极和负极将发生内部短路，从而无法作为电池运行。[返回来源]

◆全固态锂二次电池

锂二次电池是由锂过渡金属氧化物如钴酸锂作为正极材料、石墨基碳材料作为负极材料和有机电解质组成的二次电池。它通过在充电期间将锂离子从正极移动到负极以及在放电期间从负极移动到正极来作为电池工作。它于20世纪90年代初在日本投入实用，由于每单位电池体积或重量（能量密度）可提取的电量（能量密度）远大于其他二次电池，因此被广泛用作手机和笔记本电脑等移动设备的电池。另一方面，由于使用可燃性有机电解质，存在发生烟雾和火灾事故的风险，进一步提高安全性是一个问题。全固态锂二次电池预计将使用不易燃的无机固体电解质代替易燃的有机电解质以提高安全性，并且正在考虑凝胶聚合物材料、无机固体电解质材料等作为电解质材料。[返回来源]

◆氧化物基固体电解质

具有石榴石型结构的Li₇啦₃锆₂O₁₂，具有NASICON型晶体结构的Li_1.4艾尔_0.4钛_1.6（订单₄)₃锂离子电导率为10^-4约S/cm，10^-2虽然其电导率低于已报道的硫化物固体电解质的S/cm量级，但硫化物固体电解质暴露在大气中时会产生剧毒的硫化氢气体，而氧化物固体电解质具有较高的化学稳定性，如果能够提高锂离子电导率，则它们被视为无机固体电解质，是全固体锂二次电池的关键。[返回来源]

◆石榴石型氧化物

石榴石（日文名：石榴石）是一组天然存在的硅酸盐矿物的名称，人工合成的具有相同晶体结构的化合物称为石榴石型氧化物。作为具有石榴石型结构的氧化物，已知有工业上重要的材料，例如氧化钇铝(缩写：YAG)。要用作锂二次电池中的固体电解质，必须含有锂，并且所有含有锂的石榴石型氧化物都表现出良好的锂离子传导性。[返回来源]

◆气溶胶沉积（AD）法

一种将细颗粒与气体混合并在减压下从喷嘴喷射，使它们作为气溶胶射流与基材碰撞以形成薄膜的技术。利用产业技术研究院发现的“室温冲击凝固现象”（陶瓷等粒径1μm左右的颗粒材料在室温下不加热，仅施加高压或机械冲击而凝固成高密度的现象），可以在室温下在金属、玻璃、塑料等各种材质的基材上形成具有高附着力的致密陶瓷膜。尽管取决于薄膜材料，但成膜速度比传统薄膜形成技术快数十倍。[返回来源]

◆浮区熔化法（FZ法）

这是一种生长单晶的方法，其名称来源于熔化区悬浮在空气中的事实。熔融区由上下原料棒之间的表面张力支撑，通过缓慢移动熔融区，单晶生长。由于不使用坩埚，因此不会污染坩埚材料。此外，由于熔化区是局部的，通过调整条件，即使是挥发性高的材料也可以生长单晶。[返回来源]