米乐m6官方网站（以下简称“AIST”）先进涂层技术研究中心能源应用材料研究小组首席研究员永田裕、首席研究员秋元淳二（及）团队负责人是下一代锂离子电池氧化物基全固态电池向けの高容量馒头および学业を新たに开発し、ricichiウムイオン电池の长年の课题であった安全性の大幅な向上に道筋をつけることができた。
与使用易燃有机电解液的传统锂离子电池相比，阻燃无机电解液
固体电解质使用粒子
全固态锂离子电池可以显着提高安全性。特别是，氧化物系固体电解质材料与硫化物系固体电解质材料不同，不会产生有毒气体的风险，据说能够实现更安全的电池。然而，由于充电/放电反应通过颗粒间接触进行，因此当使用一般的硬氧化物基固体电解质颗粒时，颗粒之间的接触较差，使得难以获得高电池性能。另外，容量大
活性材料李
2由于S和Si的反应活性较低，氧化物基固体电解质材料无法在室温操作条件下使用。这次，我们开发了用于高变形氧化物基固体电解质的材料，作为导电材料和电极活性材料（Li
2与 S 或 Si 结合）
机械铣削一步加工高性能氧化物基全固态
锂硫电池李
2我们开发了一种获得S正极和Si负极复合材料的技术。结合这些正极和负极
全电池25℃测试
能量密度与使用传统氧化物基固体电解质材料作为电极的全固态锂离子电池相比，我们能够实现 283 Wh/kg 的明显更高的能量密度（基于正极和负极的重量）。该技术在抗短路能力和制造方面均表现优异，有望为下一代电池的早日实现做出贡献。有关该技术的详细信息，请参阅
电化学发布杂志（DOI：105796 / electrochemistry21-00112）并将在第 62 届电池研讨会（2021 年 11 月 30 日至 12 月 2 日，Pacifico 横滨）上展示。
使用氧化物基电极混合物的全固态电池的全电池能量密度（基于正极+负极重量）
最近，全固态锂离子电池作为下一代电池的有希望的候选者而受到人们的关注。如图1所示，它由三层组成：复合正极层、隔离层、复合负极层。锂离子通过正负极以及隔离层中的固体电解质颗粒在复合正负极之间移动进行充放电。使用高能量密度正极活性物质硫作为复合正极层活性物质的全固态锂硫电池被寄予厚望，因为与目前的锂离子电池相比，它们有可能显着提高能量密度。另一方面，实现这种全固态锂硫电池有两个已知问题。首先是正极和负极活性材料的组合。当使用单质硫作为正极活性物质时，成为负极的锂金属是枝晶生长而导致短路的可能性较高等问题。以及电池制造过程中的处理困难。因此，作为不使用锂金属的系统，分别使用Li2使用 S 和 Si 的系统正在引起新的关注。二是正负极和隔离层所用的固体电解质材料。通常，硫化物基固体电解质材料被认为是固体电解质材料，但它们在空气中不稳定并分解产生硫化氢气体，因此希望用更安全的氧化物基固体电解质材料来代替它们。然而，Li2SやSiは反応性が低いため、侧壁で酸化物系固体多孔材料を用いて実用的な充放电をすることは困难であった。従って、全固体Richiウム硫黄电池の実现に向けて、正・学习内の构造を抜本的に改善することが望まれてきた。
图1全固态锂离子电池示意图
AIST 正在研究全固态锂硫电池，旨在打造高能量密度电池。特别是最近，我们一直致力于利用机械研磨技术合成固体电解质材料以及开发正负极复合材料。特别地，作为不使用锂金属的体系，正极活性物质和负极活性物质各自为Li2我们一直在研究替代S和Si并将其与固体电解质材料结合的全固态锂硫电池电极。最近，氧化物基固体电解质（Li2所以4-李2CO3-LiX)尽管是氧化物基材料，但仍表现出高变形能力和相对高的离子电导率，并将Li2S复合生物学およびSi复合支撑を组み合わせた全固体ricichiウム硫黄电池のfuruseru试験にて、45℃で比较的高いエネルギー密度が得られることを报告した(H永田和 J 秋元，ACS 应用程序。马特。接口, 13，35785−35794（2021））。通常，氧化物基固体电解质颗粒很硬，因此难以获得良好的颗粒间接触并实现高能量密度。然而，这项研究表明，使用氧化物基固体电解质材料的全固态锂硫电池也可能成为下一代电池的有希望的候选者。应用这些结果，我们一直在努力进一步改善特性，以在室温下运行为目标，同时考虑电池的实际使用条件（图2）。
图 2 AIST 的氧化物基全固态锂硫电池研究
在全固态锂离子电池中，如图1中的气球所示，锂离子通过颗粒接触移动，因此活性材料颗粒与固体电解质颗粒之间以及固体电解质颗粒之间接触的形成极大地影响能量密度。典型的氧化物基固体电解质颗粒很硬，当其晶体结构被破坏时，其性能显着恶化，使得无法使用机械研磨等方法利用机械能在颗粒之间形成接触，从而难以确保足够的反应点和锂离子传导路径。因此，需要对电池进行加热或使电极变薄以进行充放电。还有，李2S和Si的反应活性较低，因此对于采用氧化物基固体电解质材料的全固态锂离子电池的研究很少，也没有其在室温下运行的报道。
Li，高容量电极活性材料2S和Si是常规材料LiNi1/3公司1/3锰1/3O2此外，通过用机械铣削合成的高变形氧化物基固体电解质材料代替常见的硬氧化物基固体电解质材料，可以显着增加颗粒间点的数量（图3）。最近，高度可变形氧化物基固体电解质的离子电导率得到了改善。李2O-LiI玻璃是 10-5S/cm或更高的相对高的离子电导率。这次，这个李2O-LiI玻璃原料(Li2O和LiI)和电极活性物质(正极中的Li)2我们设计了一种方法，通过混合S（负极中的S、Si）和碳等导电材料并同时进行机械研磨处理，同时合成电极中的固体电解质材料并复合电极混合物。2我们开发了S正极和Si负极的复合材料。利用该技术，我们能够显着缩短电极复合材料的制造过程，并获得显着改善活性材料颗粒和固体电解质颗粒之间以及固体电解质颗粒之间的接触点的正极和负极复合材料（图4）。此外，与使用硬氧化物固体电解质烧结电极混合物形成电极的传统方法不同，利用该技术获得的电极混合物只需在室温下压制即可形成高性能电极，这可以显着提高生产率（图4）。此外，在25℃下使用这种正负极组合进行全电池测试时，我们能够获得如图5所示的充放电特性。换算（换算公式参见能量密度术语解释），25℃面积容量40mAh/cm2、エネルギー密度283 Wh/kg(正·极限重量基准)となり、これまで报告されている电极に酸化物系固体电解质材料を用いた全固体ricichiウムイオン电池と比较して大幅に向上させることができた。眼前でエネルギー密度283 Wh/kgは、编码の液系里チウムイオン电池とも比肩し得る値であり、安全性の高い全固体里チウム硫黄电池の実现可能性を示すことができた(図6)。
图 3 使用高度可变形固体电解质材料改善颗粒间接触
图4根据该技术的电极混合物和使用氧化物基固体电解质材料形成电极的示意图
图5 正负极结合的全电池测试配置及其25℃充放电特性
水平轴
比容量是Li，正极活性物质
2它是单位重量S的容量，表示充电或放电的电量。通过充电储存电能，电池的电压升高，通过放电释放电能，电压降低。
图6氧化物基全固态电池的全电池能量密度（基于正极+负极重量）
今后は高変形性酸化物系固体多孔材料の充放电サイクル安定性およびイオン伝导率の改善と、活物质成分を编码の30%から50%に増加できる电极合材の复合化法を検讨し、エネルギー密度の向上を図る。此外，本次全电池测试中的隔离层由硫化物基固体电解质材料（Li）制成。3PS4-LiI)，但为了用氧化物基固体电解质材料代替它，我们还将考虑提高离子电导率并使氧化物基固体电解质材料变薄。特别是在使用氧化物基固体电解质材料的隔离层中，减小隔离层的厚度很重要。未来，我们希望找到可以在这一课题上进行合作的产业伙伴，加快研究速度，以尽快实现全固态锂硫电池。