盖世汽车讯 据外国媒体报道，日本东京理科大学（Tokyo University of Science）科学家发现了一种稳定、导电性高的锂离子传导材料，可用作固态锂离子电池的固态电解质。

  采用固态电解质的全固态锂离子电池不易燃，比采用液态电解质的锂离子电池具有更高的单位体积内的包含的能量和离子迁移数，有望在传统采用液态电解质的锂离子电池（如电动汽车采用的）市场上分得一杯羹。

  不过，尽管固态电解质具有上述优点，但其锂离子电导率较低，在让电极与固态电解质充分接触方面面临挑战。虽然基于硫化物的固态电解质能导电，但是其与水分反应会形成有毒的二硫化氢。因此，市场需要研发既可导电在空气中又稳定的非硫化物固态电解质，从而制造出安全、高性能、可快充的固态锂离子电池。

  在最近发表在《材料化学》杂志上的一项研究中，东京理科大学Kenjiro Fujimoto教授和Akihisa Aimi及电装公司（Denso Corporation）的Shuhei Yoshida博士领导的一支研究团队发现了一种稳定且导电性高的锂离子传导材料，其形式是一种烧绿石型氟氧化物。

  据Fujimoto教授所说，“制造全固态锂离子可充电电池是很多电池研究人员长久以来的梦想。我们得知了一种氧化物固态电解质，是全固态锂离子电池的关键组成部分，单位体积内的包含的能量高且安全性高。除了在空气中很稳定之外，与此前报道过的氧化物固态电解质相比，该材料表现出更高的离子电导率。”

  本研究中的烧绿石型氟氧化物为Li2-xLa(1+x)/3M2O6F (M = Nb, Ta)，研究人员采用X射线衍射、Rietveld分析、电感耦合等离子体光学发射光谱和特定区域电子衍射等技术对其结构和成分进行了分析。

  分析结果为，研发出的Li1.25La0.58Nb2O6F离子电导率为7.0 mS cm⁻¹，在室温下的总离子导电率为3.9 mS cm⁻¹，比已知的氧化物固态电解质的锂离子电导率更高。该材料的离子传导活化能量极低，而且在低温下其离子电导率是已知固态电解质（包括由硫化物制成的固态电解质）中最高的之一。

  即使在零下10℃，该款新材料在室温下也具有跟传统氧化物固态电解质一样的导电性。此外，由于其在100℃以上的温度中具有导电性已得到验证，该款固态电解质的工作时候的温度范围为–10 °C to 100 °C。传统锂离子电池在冰点以下没办法使用，因此，常用的手机锂离子电池的工作时候的温度范围为0 °C to 45 °C。

  研究人员还研究了锂离子在该材料中的传导机制。该款烧绿石型结构的传导路径覆盖了位于MO6八面体形成的通道中的F离子。其传导机制是锂离子在改变与F离子的化学键时按顺序移动。锂离子总是通过亚稳态位置向最近的锂离子位置移动，不能移动的La3+与F离子键合，阻断了锂离子的传导路径，使周围的亚稳态位置消失，从而抑制了锂离子的传导。

  与现有的锂离子可充电电池不同，基于氧化物的全固态电池不会有因损坏而导致电解质泄露的风险，也没有像基于硫化物的电池那样有产生有毒气体的风险。因此，该项创新有望推动未来的研究。

  Fujimoto教授表示：“该款新发现的材料很安全，而且与之前报道的基于氧化物的固态电解质相比，离子电导率更高。此种材料的应用有望研发出能够在广泛温度范围内工作的变革性电池，我们始终相信，其满足电动汽车固态电解质应用的性能要求。”

  值得注意的是，该款新材料很稳定，如果被损坏也不会着火，适用于飞机以及其他安全关键应用，也适用于电动汽车等高容量应用，因为其可以在高温下使用，而且支持快充。此外，该材料也是实现电池、家用电器和医疗器械小型化的理想材料。

  总之，研究人员不仅发现了一款导电性高且空气稳定性高的锂离子传导材料，还引入了一种新型含有烧绿石型氟氧化物的超离子传导材料。探索锂的局部结构，该材料的导电过程中的动态变化以及其作为全固态电池固态电解质的潜力是研究人员未来研究的重要领域。