研究人员已经开发出一种准固态锂离子电池，其稳定性、安全性和使用寿命均有所提升。

技术进步推动了电器和电动汽车的广泛采用。这些创新不仅提供了便利，而且通过提供比燃油机械更清洁的替代方案，带来了环境效益。锂离子电池（LIB）是许多电子设备和电动汽车的主要能源。商用锂离子电池通常使用有机电解液，这对于实现高能效至关重要。然而，随着市场需求的增长，达到安全标准变得越来越具有挑战性。

固态电池通过消除易燃的液体电解质而成为一种更安全的替代方案。然而，固态电极与固态电解质之间的界面通常会阻碍锂离子的有效传输。此外，固态电极在充放电过程中的膨胀和收缩会破坏该界面，进一步阻碍离子的流动。为了解决这些挑战，迫切需要开发具有稳定且高效界面的先进固态电池，以提高电池的安全性、功能和整体性能。

更安全准固态电池的开发

为克服这些挑战，来自日本的一个研究团队开发出一种不易燃的准固态锂离子电池，可突破传统电池的局限性。该研究由同志社大学和日本TDK公司的Ryosuke Kido牵头，同志社大学的Minoru Inaba教授和Takayuki Doi教授以及TDK公司的Atsushi Sano共同参与，研究成果于2024年10月11日在线发表于《储能杂志》，并于2024年11月15日发表于该杂志第102卷。

论文第一作者木岛先生对他们的研究做了进一步阐释：“增加正负极活性材料的容量以提高能量密度，会降低电池的循环性能和安全性。我们开发的阻燃型准固态电池结合了液态电解质和固态电解质，为高能量密度的全固态电池提供了更安全、更持久的替代方案。”

这款新型电池的设计包括硅（Si）负极和 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（NCM811）正极，后者被视为锂离子电池的下一代材料。这两个电极由日本旭硝子（OHARA）公司提供的固态锂离子导电玻璃陶瓷片（LICGC™）隔开。为提高兼容性和性能，研究人员开发了针对每个电极定制的非易燃、接近饱和的电解液。电解液采用三(2,2,2-三氟乙基)磷酸盐和甲基 2,2,2-三氟乙基碳酸盐制成，与电极和固体电解质界面兼容。由此制成的 30mAh 级准固态软包电池展现出卓越的离子电导率、热稳定性和电化学性能。

创新型电池设计与材料

研究人员继续使用电化学阻抗谱、充放电测试和加速量热法（ARC）评估了准固态锂离子电池的热稳定性和电化学性能。值得注意的是，该电池表现出高充/放电容量、良好的循环性能以及极小的内阻变化。此外，ARC测试表明，采用相应电解液的Si-LICGC-NCM811结构表现出更高的热稳定性，即使在约150°C的高温范围内，与副反应相关的产热也非常低。

总体而言，新开发的锂离子电池有望推动更高效、更安全的下一代电动汽车和无人机等无线电器的开发。其广泛应用不仅能够提升用户便利性，还能促进经济可持续发展。

木户先生以他们工作的长期影响作为总结，他说：“随着世界迈向碳中和，电动汽车近年来受到了越来越多的关注。开发具有高安全性和长寿命的汽车电池至关重要。我们研究的准固态电池有可能延长液态锂离子电池的寿命，同时提高能量密度，并保持全固态电池的安全性。”

该研究标志着在开发兼顾安全性、效率和环境可持续性的下一代储能解决方案方面迈出了一步。

参考文献：《两种近饱和非易燃电解液的高安全性准固态锂离子电池》，由木户良介、堀川泰介、佐野敦、长岛刚、冈田凉、稻叶实及土井孝之合著，发表于2024年10月11日，《储能杂志》。DOI：10.1016/j.est.2024.114115

该研究由新能源和工业技术开发组织资助。