日本同志社大学的研究人员开发了一种新型的准固态锂离子电池（LIB），该电池具有不可燃的固体和液体电解质。与传统的锂离子电池相比，该电池具有更高的离子电导率、更好的循环性能和更好的安全性。
技术进步促使电动设备和电动汽车得到广泛应用。 这些创新不仅方便，而且环保，为污染环境的燃料驱动机器提供了替代品。 锂离子电池（LIB）广泛应用于电器和汽车。 商用锂离子电池由有机电解质溶液组成，这被认为是使其高效节能所不可或缺的。 然而，随着市场需求的不断增长，确保安全成为一个令人担忧的问题，而且可能难以实现。
虽然固态电池有助于缓解安全问题，但固态电极与电解液之间的界面不利于锂离子的最佳传输。 此外，固体电极的膨胀和收缩会破坏连接界面，阻碍离子传输。 因此，有必要开发具有稳定接合界面的高效固态电池，以提高其安全性、实用性和性能。 为了克服这些挑战，日本的一个研究小组开发出了一种不易燃的准固态 LIB，它可以克服传统电池的局限性。
这项研究由日本同志社大学和 TDK 公司的 Ryosuke Kido、同志社大学的 Minoru Inaba 教授和 Takayuki Doi 教授以及 TDK 公司的 Atsushi Sano 领导，他们的研究成果发表在 Journal of Energy Storage上。 在进一步介绍他们的工作时，论文的主要作者 Kido 先生说："提高正负极活性材料的容量以实现更高的能量密度，会降低循环性能和安全性。 我们开发的阻燃准固态电池结合了液态电解质和固态电解质，为具有高能量密度的全固态电池提供了更安全、更耐用的替代品。"新电池设计包括硅（Si）负极和镍钴锰酸锂（LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2，NCM811）正极，它们被认为是锂离子电池的下一代材料。 这些电极由小原公司生产的固态锂离子导电玻璃陶瓷片（LICGC）隔开。 为了提高兼容性和性能，研究人员为每个电极量身定制了不易燃、接近饱和的电解质溶液。 这些溶液使用磷酸三（2,2,2-三氟乙基）酯和 2,2,2-三氟乙基碳酸甲酯，它们与电极和固体电解质界面兼容。 研究人员利用电化学阻抗谱、充放电测试和加速速率量热法（ARC）对准固态 LIB 的热稳定性和电化学性能进行了评估。 值得注意的是，该电池具有充放电容量高、循环性能好和内阻变化小的特点。 此外，ARC 测试表明，Si-LICGC-NCM811 结构与相应的电解质溶液具有更好的热稳定性，即使在 150°C 左右的高温范围内，与副反应相关的发热量也非常低。
总之，新开发的 LIB 有潜力促进高效、更安全的下一代电动汽车和无人机等无绳电器的开发。 它的广泛应用不仅能为用户带来更多便利，还能促进经济的可持续增长。 Kido 先生最后谈到了他们工作的长远意义，他说："随着全球朝着碳中和的方向发展，电动汽车近年来备受关注。 我们研究的准固态电池有可能改善液态锂电池的寿命，提高能量密度，同时保持全固态电池的安全性。"这项研究标志着向开发兼顾安全性、效率和环境可持续性的下一代储能解决方案迈出了一步。
原文链接: Ryosuke Kido et al, Highly safe quasi-solid-state lithium ion batteries with two kinds of nearly saturated and non-flammable electrolyte solutions, Journal of Energy Storage (2024). DOI: 10.1016/j.est.2024.114115
