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專家訪談:全固體電池很可能會(huì)成為終極電池
發(fā)布日期：2013-05-08 18:21
全固體電池由于電解質(zhì)使用固體電解質(zhì)而非液體的電解液，因此不僅能夠提高安全性，而且還可通過(guò)在電池單元內(nèi)進(jìn)行串聯(lián)層疊來(lái)實(shí)現(xiàn)高電壓化，作為新一代電池備受關(guān)注。日本大阪府立大學(xué)的辰巳砂研究室正在利用鋰離子傳導(dǎo)率與電解液相當(dāng)、達(dá)到3～5×10-3S/cm的硫化物類玻璃固體電解質(zhì)，致力于全固體電池的研發(fā)。日前，記者采訪了在硫化物類固體電解質(zhì)的研究上一直處于領(lǐng)先位置的大阪府立大學(xué)大學(xué)院工學(xué)研究科教授辰巳砂昌弘。
大阪府立大學(xué)大學(xué)院工學(xué)研究科教授辰巳砂昌弘
—請(qǐng)談一下在全固體電池方面的舉措。
我原來(lái)并不是電池方面的專家。由于在玻璃離子傳導(dǎo)研究中對(duì)鋰離子傳導(dǎo)性玻璃產(chǎn)生了興趣，因此想向世人推出該玻璃類固體電解質(zhì)。因?yàn)橥ㄟ^(guò)使用無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)，有可能造出前所未有的完美電池。
就鋰離子充電電池而言，如果只有鋰離子移動(dòng)，而其它離子不移動(dòng)的話的確是最理想的狀態(tài)。而無(wú)機(jī)類固體電解質(zhì)就能夠做到只使鋰離子移動(dòng)。最近的成果實(shí)現(xiàn)了傳導(dǎo)率與電解液相當(dāng)、達(dá)到1×10-2S/cm的固體電解質(zhì)。而且在制成電池后，可在電解質(zhì)中只移動(dòng)鋰離子，承擔(dān)全部電流，遷移率可以達(dá)到1。顯示出了超過(guò)遷移率較低的電解液類電解質(zhì)的出色性能。
而且，全固體電池因是固體而不易燃燒的優(yōu)點(diǎn)也很受關(guān)注，鋰離子以外的其他離子不移動(dòng)的特性為安全性及耐久性做出了巨大貢獻(xiàn)。鋰離子以外的其他離子不移動(dòng)的話便可防止陰離子移動(dòng)導(dǎo)致的次生反應(yīng)，有助于提高安全性及耐久性。這樣一來(lái)無(wú)機(jī)類固體電解質(zhì)便具有成為終極電池的可能性。
—業(yè)內(nèi)對(duì)全固體電池的認(rèn)識(shí)是否在逐漸改變？
固體電解質(zhì)的鋰離子傳導(dǎo)率提高到了與電解液相當(dāng)?shù)乃?，而且日本物質(zhì)及材料研究機(jī)構(gòu)的高田和典還發(fā)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)活性物質(zhì)進(jìn)行涂膜處理，可大幅降低與固體電解質(zhì)之間的界面阻力，這些情況都表明，全固體電池的實(shí)用化之路已非常接近。
最近，學(xué)會(huì)等對(duì)固體電池的研究報(bào)告有所增加，還設(shè)立有有關(guān)固體電池的分科討論會(huì)，固體電池獲得了“公民權(quán)”，對(duì)該領(lǐng)域的研究人員來(lái)說(shuō)這是非常高興的事。而且，企業(yè)對(duì)固體電池的開(kāi)發(fā)也在近2、3年里發(fā)生了巨大變化，逐漸使之從一直將其視為基礎(chǔ)研究的定位中走出來(lái)。
—聽(tīng)說(shuō)您的研究室在致力于硫化物類固體電解質(zhì)的研究。
硫化物類固體電解質(zhì)在常溫下具有超過(guò)10-3S/cm的離子傳導(dǎo)率，作為電解質(zhì)的話具備良好的特性。另外，與氧化物相比，還具有可在常溫下均勻形成活性物質(zhì)與硫化特類固體電解質(zhì)間的界面，降低界面阻力的特點(diǎn)。雖然其原理還有待科學(xué)驗(yàn)證，但估計(jì)是因?yàn)榱蚧锸潜容^軟的物質(zhì)。
離子傳導(dǎo)率高，可輕松形成與活性物質(zhì)間的界面，可以說(shuō)這兩點(diǎn)對(duì)全固體電池的電解質(zhì)來(lái)說(shuō)是非常重要的要素。另外，在高容量的新一代電池的研究上采用比容量高的硫磺（S）及硫化鋰（Li2S）時(shí)，硫化物類固體電解質(zhì)也具有很好的親和性。
—今后將開(kāi)展什么研究？
由于是大學(xué)，因此打算開(kāi)展著眼于更前沿的基礎(chǔ)研究。尤其是在界面如何形成方面，將進(jìn)行更為詳細(xì)的研究。其中，計(jì)劃對(duì)活性物質(zhì)與電解質(zhì)接觸時(shí)自己形成良好界面的材料設(shè)計(jì)展開(kāi)研究。在活性物質(zhì)方面，準(zhǔn)備致力于可瞄準(zhǔn)高容量化的硫磺及硫化鋰等硫化物類材料的研究。使用硫化物類固體電解質(zhì)的全固體電池是日本絕對(duì)領(lǐng)先的領(lǐng)域，因此希望今后繼續(xù)保持領(lǐng)先地位。
大阪府立大學(xué)大學(xué)院工學(xué)研究科教授辰巳砂昌弘
—請(qǐng)談一下在全固體電池方面的舉措。
我原來(lái)并不是電池方面的專家。由于在玻璃離子傳導(dǎo)研究中對(duì)鋰離子傳導(dǎo)性玻璃產(chǎn)生了興趣，因此想向世人推出該玻璃類固體電解質(zhì)。因?yàn)橥ㄟ^(guò)使用無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)，有可能造出前所未有的完美電池。
就鋰離子充電電池而言，如果只有鋰離子移動(dòng)，而其它離子不移動(dòng)的話的確是最理想的狀態(tài)。而無(wú)機(jī)類固體電解質(zhì)就能夠做到只使鋰離子移動(dòng)。最近的成果實(shí)現(xiàn)了傳導(dǎo)率與電解液相當(dāng)、達(dá)到1×10-2S/cm的固體電解質(zhì)。而且在制成電池后，可在電解質(zhì)中只移動(dòng)鋰離子，承擔(dān)全部電流，遷移率可以達(dá)到1。顯示出了超過(guò)遷移率較低的電解液類電解質(zhì)的出色性能。
而且，全固體電池因是固體而不易燃燒的優(yōu)點(diǎn)也很受關(guān)注，鋰離子以外的其他離子不移動(dòng)的特性為安全性及耐久性做出了巨大貢獻(xiàn)。鋰離子以外的其他離子不移動(dòng)的話便可防止陰離子移動(dòng)導(dǎo)致的次生反應(yīng)，有助于提高安全性及耐久性。這樣一來(lái)無(wú)機(jī)類固體電解質(zhì)便具有成為終極電池的可能性。
—業(yè)內(nèi)對(duì)全固體電池的認(rèn)識(shí)是否在逐漸改變？
固體電解質(zhì)的鋰離子傳導(dǎo)率提高到了與電解液相當(dāng)?shù)乃?，而且日本物質(zhì)及材料研究機(jī)構(gòu)的高田和典還發(fā)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)活性物質(zhì)進(jìn)行涂膜處理，可大幅降低與固體電解質(zhì)之間的界面阻力，這些情況都表明，全固體電池的實(shí)用化之路已非常接近。
最近，學(xué)會(huì)等對(duì)固體電池的研究報(bào)告有所增加，還設(shè)立有有關(guān)固體電池的分科討論會(huì)，固體電池獲得了“公民權(quán)”，對(duì)該領(lǐng)域的研究人員來(lái)說(shuō)這是非常高興的事。而且，企業(yè)對(duì)固體電池的開(kāi)發(fā)也在近2、3年里發(fā)生了巨大變化，逐漸使之從一直將其視為基礎(chǔ)研究的定位中走出來(lái)。
—聽(tīng)說(shuō)您的研究室在致力于硫化物類固體電解質(zhì)的研究。
硫化物類固體電解質(zhì)在常溫下具有超過(guò)10-3S/cm的離子傳導(dǎo)率，作為電解質(zhì)的話具備良好的特性。另外，與氧化物相比，還具有可在常溫下均勻形成活性物質(zhì)與硫化特類固體電解質(zhì)間的界面，降低界面阻力的特點(diǎn)。雖然其原理還有待科學(xué)驗(yàn)證，但估計(jì)是因?yàn)榱蚧锸潜容^軟的物質(zhì)。
離子傳導(dǎo)率高，可輕松形成與活性物質(zhì)間的界面，可以說(shuō)這兩點(diǎn)對(duì)全固體電池的電解質(zhì)來(lái)說(shuō)是非常重要的要素。另外，在高容量的新一代電池的研究上采用比容量高的硫磺（S）及硫化鋰（Li2S）時(shí)，硫化物類固體電解質(zhì)也具有很好的親和性。
—今后將開(kāi)展什么研究？
由于是大學(xué)，因此打算開(kāi)展著眼于更前沿的基礎(chǔ)研究。尤其是在界面如何形成方面，將進(jìn)行更為詳細(xì)的研究。其中，計(jì)劃對(duì)活性物質(zhì)與電解質(zhì)接觸時(shí)自己形成良好界面的材料設(shè)計(jì)展開(kāi)研究。在活性物質(zhì)方面，準(zhǔn)備致力于可瞄準(zhǔn)高容量化的硫磺及硫化鋰等硫化物類材料的研究。使用硫化物類固體電解質(zhì)的全固體電池是日本絕對(duì)領(lǐng)先的領(lǐng)域，因此希望今后繼續(xù)保持領(lǐng)先地位。
