抑制全固態電池燒結副反應,實現穩定反複充放電

 

刊登日期:2025/11/10
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九州大學與DENSO成功探索出一項方法,可抑制次世代電動車(EV)用全固態電池製造時,氧化物系固態電解質與電極材料之間在燒結過程中產生的反應。研究團隊運用放射光等多種分析方法,釐清了反應機制,並開發出能有效防止此反應發生的新型電極材料。實驗證實,利用該電極材料製作的全固態電池能夠進行穩定的反複充放電。
 
採用氧化物系固態電解質可設計出不燃燒、無有毒氣體釋放等風險的安全全固態電池。其中,鋯酸鋰鑭(LLZ)因兼具高離子傳導率與寬電位窗(Potential Window)而被視為極具前景的材料。然而,此類材料在接合時須經過1,000℃以上的高溫燒結,容易與電極材料產生不良反應,尤其是含鎳、錳、鈷等高容量的三元系電極材料更容易發生此問題。
 
九州大學與DENSO隊透過高輝度放射光與熱分析發現,三元系電極材料中的鎳與鈷等遷移元素在高溫下會失去氧而轉變為低價態,導致其離子半徑接近鋰離子,進而在材料中引發佔據位置的交換(Cation Mixing),此狀態則是促使其與LLZ發生反應的起點。
 
以此反應機制為基礎,研究團隊總結出維持遷移元素的價態以及在電極表面形成「反應抑制層」是有效的對策,且僅透過在材料合成過程中控制組成,即以簡單方法開發出兼具這兩項功能的電極材料。最後,研究團隊將此新電極材料與先前已開發出的可低溫燒結之LLZ材料結合,將隔離層(絕緣體)與正極層進行積層成形後,再經一次燒結製作出全固態電池。另已確認此製程生產的全固態電池能夠穩定地重複充放電,此項成果亦可望有助於適合量產製程的全固態電池開發。

資料來源: https://eetimes.itmedia.co.jp/ee/articles/2509/18/news045.html
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