日本研发出更安全且高效的固态锂电池

两枚二次锂电池（左）及一枚一次性CR123A锂电池（右）。（Mk2010/维基共享资源）

虽然使用固态电解质比用液态电解质的锂电池拥有更高的安全性和能量密度，但却存在电导率低和电极接触不足等问题。而日本新研发一种稳定的、高导电性的固态电解质，有望解决全固态锂电池的缺点，代替液态电解液锂电池的使用。

科学家开发的一款含有“硫化基固体电解质（LGPS）”的锂电池，拥有媲美液态电解质（LOE）锂电池的高室温电导率，让这种全固态电池（ASSB）被广泛研究。

这种锂电池具有不易燃、不易爆炸和耐高温等安全上的优势，不过其中的硫化物容易与空气中的水分反应，形成有毒的硫化氢（H2S）。虽然科学家后续开发的ASSB电池部分改善了出现硫化氢的问题，但仍有电导率不足的问题，因此目前市场的主流锂电池仍以液态电解质为主。

目前，拥有140多年历史的日本东京理科大学（Tokyo University of Science，TUS）团队发现，一种新型的“烧绿石型氟氧化物”作为锂导体，可以提高ASSB电池的循环性能、高速充放电能力和稳定性，有望为研制出安全且先进的ASSB铺平道路。他们这项成果写成论文于3月28日发表在《材料化学》杂志上。

这种烧绿石型氟氧化物是一种含有锂（Li）、镧（La）、铌（Nb）或钽（Ta）、氧（O）和氟（F）元素组成的八面体多晶物质。它即使在空气中也能保持稳定，且在室温（25°C）下的表现高于此前的任何锂电池专用的氧化固体电解质。

实验人员使用上述元素分别做出三种烧绿石型氟氧化物，并对其进行一系列仪器分析和实验比较。

他们发现，这种材料做成的锂电池，并不像现有的锂电池存在因损坏导致电解液泄漏的风险，也不像硫化基电池存在产生有毒气体的风险，可以说是一种稳定的锂电池。因此十分适合用于飞机、电动车等其它对于安全需求较高的地方。

这种材料做的锂电池工作温度为-10℃到100℃，远比传统锂电池的工作温度0℃至45℃要广泛许多，被认为是一种很有前途的电池，未来可能被运用到家用电器、医疗设备等小型化的器材上。

东京理科大学的藤本健二郎（Kenjiro Fujimoto）教授对该校的新闻室表示，“制造更好的全固态二次（可充电）锂电池，是许多电池研究人员长期以来的梦想。这次我们发现这种烧绿石型氟氧化物固体电解质，它是目前全固态二次锂电池的关键组成部分。”

他接着说，“这种固态锂电池具高能量密度和高稳定性，可以说十分安全，且比之前的氧化物固体电解质拥有更高的离子电导率。我相信这种固体电解质有望被开发成革命性的电池，且应该能满足现在电动车对于电池的需求。”