透過控制界面不純物質,可使全固態電池容量倍增

 

刊登日期:2021/3/10
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東京工業大學發表與東北大學、產業技術總合研究所、日本工業大學組成的共同研究團隊成功地讓全固態電池的容量予以倍增。研究團隊透過對電極與固體電解質之間的界面不純物控制,促進離子自發性地移動,俾使電極材料能含有2倍的鋰離子。

研究團隊製作了成長了磊晶(Epitaxial Growth)的LiNi0.5Mn1.5O4薄膜,並在上面成膜Li3PO4固體電解質,將鋰做為負極蒸鍍上去,進而製作出擁有不含不純物質之乾淨電極/電解質界面的全固態電池。結果顯示,Li2Ni0.5Mn1.5O4為放電狀態、Li0Ni0.5Mn1.5O4為充電状態,成功地達到了50次的穩定充放電動作。該電池以4.7V與2.8V動作時,與既有使用LiNi0.5Mn1.5O4的電池相比,容量達到了的2倍

另一方面,在電極/電解質界面混入不純物質後進行對照實驗,則發現完全無法觀測到充放電動作。由此可知不含有不純物質的乾淨界面是實現電池高容量化的重要關鍵。

此外,在製作了LiNi0.5Mn1.5O4的磊晶薄膜後,將Li3PO4固體電解質堆積上去,鋰離子自發性地從Li3PO4移動到LiNi0.5Mn1.5O4。利用X光繞射量測法調查結晶構造後,確認LiNi0.5Mn1.5O4薄膜的界面附近不均一地形成了Li2Ni0.5Mn1.5O4

在固體電解質上面堆積鋰電極,製作成電池後,鋰離子更進一步地發生自發性移動,LiNi0.5Mn1.5O4磊晶薄膜完全變成Li2Ni0.5Mn1.5O4磊晶薄膜。此現象是因為形成不含有不純物質的乾淨界面,促使鋰離子順利、平穩地從固體電解質端移動到LiNi0.5Mn1.5O4端。利用新技術達成了電池容量倍增的成果,藉此將可望進一步推動全固態電池實用化開發。


資料來源: https://www.titech.ac.jp/news/2021/048762.html
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