阴极材料的气溶胶沉积显示出对固态电解质的巨大希望

要实现锂电池发展的下一阶段，需要材料工程师和科学家的创新和新技术。大多数电池研究人员都认为，先进锂电池的下一步将包括固态电解质。目前的商用锂离子电池使用由易燃的液体有机溶剂组成的电解质。这可能损害大规模锂离子电池的安全性，例如用于电动车辆(EV)或用于电网存储的锂离子电池。

通过使用锂金属作为阳极，固体电解质还具有将电池容量和性能提高2至3倍的潜力。商业电池目前使用碳石墨阳极，其在充电期间嵌入锂离子并在放电期间释放它们。该方法避免了在充电期间在锂金属表面上形成尖刺的树枝状晶体的形成。碳阳极不能释放与锂金属一样多的锂离子，因此具有较低的性能水平。可以从锂金属表面自由生长到液体电解质中的枝晶晶体将受到致密固体电解质的限制和限制。

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如果固态电池是下一个重要的东西，是什么阻碍它们?日本丰桥技术大学的一个团队在大学新闻发布会上指出，固体电解质必须做两件事。它必须具有高离子电导率(在室温下高于1 mS / cm)并且必须具有良好的电化学稳定性(特别是在许多充电和放电循环之后)。

固体电解质正在考虑两种类型的陶瓷材料。硫化物基固体电解质具有高锂离子传导性，但可能是化学不稳定的 - 特别是当暴露在空气中时。氧化物固体电解质在化学上更稳定，但通常表现出差的离子导电性。Toyohashi大学电子电气信息工程系的Ryoji Inada和他的同事们致力于开发一种石榴石型快速离子导电氧化物作为全固态电池的固体电解质。

由Inada开发的石榴石型快速锂离子传导氧化物Li7-xLa3Zr2-xTaxO12(x = 0.4-0.5，称为LLZTO)，由于其良好的离子导电性和高电化学稳定性，因此是固体电解质的良好候选物。然而，还有一些其他问题需要解决。致密化所需的1000-1200℃的高温烧结在与可能的阴极材料的界面处产生副反应。这防止了将固体电解质与阴极共烧结的选择。

为了克服这一局限，Inada和他的团队通过使用气溶胶沉积方法在石榴石型LLZTO上制造了三钒酸锂(LiV3O8，称为LVO)厚膜阴极。这种室温技术通过将陶瓷颗粒撞击到基板上而产生材料膜。通过控制粒径和形状，可以在不进行任何热处理的情况下构建致密且厚的陶瓷膜。通过使用气溶胶沉积，Inada能够将厚度为5-6μm的厚膜阴极添加到先前烧结的LLZTO氧化物基固体电解质中。将锂金属箔附着到固体电解质的相对侧，形成测试电池单元。

在50℃和100℃下测量测试电池的性质。在较低温度下，测量电池容量为100毫安小时/克(mAh / gm)。然而，在100°C时，容量上升到有希望的300 mAh / gm - 大约是LVO阴极用传统液体电解质提供的。

丰桥大学实验的结果有一些重要意义。他们表明，氧化物基固体电解质可以产生高锂离子传导，同时具有良好的化学稳定性。他们还发现了一种生产厚膜LVO阴极的方法，当气溶胶沉积在固体电解质基底上时，该阴极具有高粘附性和良好的电化学性质。

虽然固态电解质尚未准备好迎接黄金时段，但材料研究人员正在寻找解决它们所带来问题的方法。这项工作以及世界各地研究团队的不断努力，使固态电解质的前景更加贴近现实。