日本名城大學成功開發了一項適用於全固態電池之新型鍺(Ge)複合負極材料。研究團隊將半導體Ge與固態電解質—鋁取代磷酸鍺鋰(LiAlGePO)進行複合化,與既有材料相比,可望達到約3倍的高容量化。研究團隊計劃持續利用開發的新型負極進行全固態電池的性能評估,並加快推動次世代電池的實用化研究。
為實現小型、輕量化的鋰離子電池,高容量負極材料的開發有其必要。Ge因其理論容量高達1,600 mAh/g,約為碳(C)的4.3倍,故被視為極具潛力的負極材料。但Ge在充放電過程中因體積膨脹而產生裂紋,因此有容量快速衰減的課題待解決。為了解決此問題,研究團隊採用無需有機接劑的電漿製程,製作了Ge結合LiAlGePO的複合負極,並設計了「以LiAlGePO層覆蓋Ge層的結構」與「Ge與LiAlGePO混合的結構」兩種類型。
測試結果顯示,「以LiAlGePO層覆蓋Ge層的結構」容量為799 mAh/g,「Ge與LiAlGePO混合的結構」則為1,074 mAh/g,且經過300次以上的充放電循環後仍未出現顯著劣化。此外,研究中也發現LiAlGePO不僅能機械性地抑制Ge的龜裂,並與電解液形成穩定的界面,且進一步化學性地降低負極的劣化。