豐橋技術大學的研究人員利用氣溶膠沉積法成功地在石榴石型氧化物固體電解質(zhì)上制備了三釩酸鋰（LVO）陰極厚膜。在固體電解質(zhì)上制造的LVO陰極厚膜顯示出大的可逆充放電容量（高達300mAh/g），并且在100℃下具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。該發(fā)現(xiàn)可有助于實現(xiàn)高度安全且化學穩(wěn)定的基于氧化物的全固態(tài)鋰電池。研究結果于2018年9月1日在Materials雜志中報道。

可充電鋰離子電池(LiBs)因其高能量密度和良好的循環(huán)性能，在全球范圍內(nèi)被廣泛用作智能手機、平板電腦和筆記本電腦等移動電子設備的電源。近年來，在汽車推進、太陽能、風能間歇發(fā)電的固定負荷調(diào)平等領域，中、大規(guī)模LiBs的發(fā)展大大加快。然而，更大的電池尺寸會導致更嚴重的LIBs安全問題：其中一個主要原因是可燃有機液體電解質(zhì)含量的增加。

具有高度不可燃性的無機鋰離子（Li）導體作為固體電解質(zhì)（SE）的全固態(tài)鋰離子電池由于其高能量密度、高安全性和可靠性而有望成為下一代儲能裝置。固體電解質(zhì)材料不僅在室溫下具有高的鋰離子傳導性，而且還具有可變形性和化學穩(wěn)定性。與硫化物基材料相比，氧化物基固體電解質(zhì)材料具有相對低的導電性和差的可變形性;但是固體電解質(zhì)材料具有化學穩(wěn)定性和易于處理等優(yōu)點。

石榴石型快速Li導電氧化物Li7-xLa3Zr2-xTaxO12（x=0.4-0.5，LLZTO）由于其良好的離子導電性和高電化學穩(wěn)定性而被認為是固態(tài)電解質(zhì)的良好候選物。然而，這種氧化物通常需要1000-1200℃的高溫燒結來致密化，并且因為燒結溫度太高，使得固態(tài)電解質(zhì)與大多數(shù)電極材料之間界面處發(fā)生的副反應無法被有效抑制。因此，目前只有少數(shù)有限的幾種電池材料可用于共燒工藝開發(fā)具有石榴石型固態(tài)電解質(zhì)的固態(tài)電池。

RyojiInada和他在豐橋技術大學電氣與電子信息工程系的同事通過使用氣溶膠沉積（AD）方法成功地在石榴石型LLZTO上制造三釩酸鋰（LiV3O8，LVO）厚膜陰極。制備全固態(tài)電池樣品并使用制造的復合材料進行測試。

已知AD方法是室溫膜制造工藝，其使用陶瓷顆粒在基板上的沖擊固結。通過控制粒度和形態(tài)，可以在各種基材上制造致密的陶瓷厚膜而無需熱處理。該特征在氧化物基固態(tài)電池的制造中是有吸引力的，因為可以在固體電解質(zhì)上選擇和形成各種電極活性材料而不進行熱處理。

目前長期研究的LVO材料已經(jīng)被用作為下一代鋰基電池的陰極材料，因為其Li存儲容量大約為300mAh/g。然而，LVO作為固態(tài)電池陰極的可行性研究尚未開展。LVO的反應在放電（即Li插入）過程中開始，這與LiBs的其它常規(guī)陰極材料如LiCoO2，LiMn2O4和LiFePO4不同。因此，廣泛用于電流LiB的石墨陽極難以用于具有LVO陰極的電池中。在具有石榴石型固體電解質(zhì)的固態(tài)電池中，Li金屬電極可能用作陽極;因此，LVO將成為高容量陰極的有吸引力的候選者。

為了在LLZTO顆粒上制造致密的LVO膜，通常利用球磨工藝控制LVO顆粒的尺寸。結果，室溫下在LLZTO上成功制造了厚度為5-6μm的LVO厚膜。LVO厚膜的相對密度約為85％。對于作為陰極的LVO厚膜的電化學表征，將Li金屬箔附著在LLZTO粒料的相對端面上作為陽極，以形成LVO/LLZTO/Li結構的固態(tài)電池。在50和100℃下測量LVO/LLZTO/Li全固態(tài)電池中的恒電流充電（從LVO中提取Li）和放電（Li插入到LVO中）性質(zhì)。

盡管極化在50℃時相當大，但確認了可逆容量約為100mAh/g。隨著溫度升高到100oC，在平均電池電壓約為2.5V時，極化率降低，容量顯著增加到300mAh/g;這是在有機液體電解質(zhì)中觀察到的LVO電極的典型行為。此外，我們確認固態(tài)電池中的充放電反應在各種電流密度下均可以穩(wěn)定地循環(huán)。這可歸因于通過沖擊固結制造的LVO膜與膜中的LLZTO和LVO顆粒之間的強粘附性。

這些結果表明，LVO可以潛在地作為用作氧化物基固態(tài)電池中的高容量陰極材料，具有高安全性和化學穩(wěn)定性，雖然這需要對其進一步研究以提高性能。研究人員正在持續(xù)進行研究，以期在較低的工作溫度下實現(xiàn)基于氧化物的固態(tài)電池。