鋰離子電池（LIB）廣泛應(yīng)用于電器和車輛，但如何確保其安全性是一個(gè)問題。雖然使用固態(tài)電池有助于緩解安全問題，但固體電極和電解質(zhì)之間的界面不利于實(shí)現(xiàn)鋰離子的最佳傳輸。此外，固體電極膨脹和收縮會(huì)破壞接合界面，并阻礙離子傳輸。因此，這需要開發(fā)具有穩(wěn)定接合界面的高效固態(tài)電池，以提高其安全性、實(shí)用性和性能。

（圖片來源：同志社大學(xué)）

據(jù)外媒報(bào)道，為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，日本同志社大學(xué)（Doshisha University）和TDK株式會(huì)社（TDK Corporation）的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出不易燃的準(zhǔn)固態(tài)LIB，可以克服傳統(tǒng)電池的局限性。

同志社大學(xué)Ryosuke Kido表示：“增加正極和負(fù)極活性材料的容量，以實(shí)現(xiàn)更高的能量密度，這會(huì)降低循環(huán)性能和安全性。此次開發(fā)的阻燃型準(zhǔn)固態(tài)電池結(jié)合液體電解質(zhì)和固體電解質(zhì)，為高能量密度全固態(tài)電池提供了更安全、更耐用的替代品。”

新型電池設(shè)計(jì)包括硅負(fù)極和LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（NCM811）正極，后者被認(rèn)為是LIB的下一代材料。這些電極由小原光學(xué)公司（Ohara）提供的固體鋰離子導(dǎo)電玻璃陶瓷片（LICGC™）隔開。為了提高兼容性和性能，研究人員開發(fā)了針對(duì)每個(gè)電極定制的不易燃、接近飽和的電解質(zhì)溶液。這些溶液使用三（2,2,2-三氟乙基）磷酸酯和甲基2,2,2-三氟乙基碳酸酯，它們與電極和固體電解質(zhì)界面兼容。由此產(chǎn)生的30 mAh級(jí)準(zhǔn)固態(tài)軟包電池表現(xiàn)出優(yōu)異的離子電導(dǎo)率、熱穩(wěn)定性和電化學(xué)性能。

研究人員繼續(xù)使用電化學(xué)阻抗譜、充放電測(cè)試和加速量熱儀（ARC）來評(píng)估準(zhǔn)固態(tài)LIB的熱穩(wěn)定性和電化學(xué)性能。值得一提的是，該電池表現(xiàn)出高充電/放電容量、良好的循環(huán)性能，并且內(nèi)阻變化不大。此外，ARC測(cè)試表明，具有相應(yīng)電解質(zhì)溶液的Si-LICGC-NCM811結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性更好，即使在150℃左右的高溫范圍內(nèi)，與副反應(yīng)相關(guān)的產(chǎn)熱也非常低。

Kido表示：“隨著世界走向碳中和，近年來電動(dòng)汽車備受關(guān)注。開發(fā)具有長(zhǎng)壽命、高度安全的汽車電池十分重要。這種準(zhǔn)固態(tài)電池有望提高液體基LIB的壽命，并提高能量密度，同時(shí)保持全固態(tài)電池的安全性。”

總體而言，這項(xiàng)研究朝著開發(fā)下一代儲(chǔ)能解決方案（平衡安全性、效率和環(huán)境可持續(xù)性）邁出了一步。這項(xiàng)研究中提出的LIB富有潛力，有助于實(shí)現(xiàn)高效、安全的下一代電動(dòng)汽車和無人機(jī)等無線設(shè)備。其廣泛應(yīng)用可以提高用戶便利性，并促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)增長(zhǎng)。