豐橋技術大學的研究人員使用氣溶膠沉積法成功地在石榴石型氧化物固體電解質(zhì)上制造了三釩酸鋰(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，在100℃時具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。這一發(fā)現(xiàn)可能有助于實現(xiàn)高度安全和化學穩(wěn)定的氧化物基全固態(tài)鋰電池。研究結(jié)果于2018年9月1日在材料中報道。

可再充電鋰離子電池(LiB)由于其高能量密度和良好的循環(huán)性能而在全球廣泛用作諸如智能電話，平板電腦和膝上型計算機的移動電子設備的電源。最近，中型和大型LiB的開發(fā)已被加速用于汽車推進和固定負載均衡，以用于太陽能或風能的間歇發(fā)電。然而，更大的電池尺寸會導致LIB中更嚴重的安全問題;其中一個主要原因是易燃有機液體電解質(zhì)的數(shù)量增加。

具有不可燃無機鋰離子(Li+)導體作為固體電解質(zhì)(SE)的全固態(tài)LiB由于其高能量密度，安全性和可靠性而有望成為下一代儲能裝置。SE材料不僅必須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SE材料具有相對低的導電性和差的可變形性;然而，它們具有其他優(yōu)點，例如化學穩(wěn)定性和易于處理。

石榴石型快速Li+導電氧化物Li7-xLa3Zr2-xTaxO12(x=0.4-0.5，LLZTO)因其良好的離子導電性和高電化學穩(wěn)定性而被認為是SE的良好候選物。然而，通常需要1000-1200℃的高溫燒結(jié)來致密化，并且該溫度太高而不能抑制SE與大多數(shù)電極材料之間界面處的不希望的副反應。因此，目前有限的電極材料可用于具有通過共燒結(jié)工藝開發(fā)的石榴石型SE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)細胞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(jié)。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SE上選擇和形成各種電極活性材料而不進行熱處理。

已經(jīng)長期研究LVO作為鋰基電池的陰極材料，因為其Li+存儲容量大約為300mAh/g。然而，尚未研究LVO作為固態(tài)電池陰極的可行性。LVO的反應在放電(即，Li+插入)過程中開始，其不同于LiB2的其他常規(guī)陰極材料，例如LiCoO2，LiMn2O4和LiFePO4。因此，在目前的LiB中廣泛使用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SE的固態(tài)電池中，Li金屬電極可以潛在地用作陽極;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，通過球磨控制LVO顆粒的尺寸。結(jié)果，在室溫下在LLZTO上成功地制造了厚度為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粒料的相對的端面上作為陽極，以形成LVO/LLZTO/Li結(jié)構(gòu)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)。

雖然極化在50oC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。另外，我們確認固態(tài)電池中的充電和放電反應在各種電流密度下穩(wěn)定地循環(huán)。這可歸因于通過沖擊固結(jié)制造的LVO膜與膜中的LLZTO和LVO顆粒之間的強粘附性。

這些結(jié)果表明，LVO可以潛在地用作氧化物基固態(tài)電池中的高容量陰極，具有高安全性和化學穩(wěn)定性，即使需要進一步研究以提高性能。研究人員已經(jīng)進行了進一步的研究，以在較低的工作溫度下實現(xiàn)基于氧化物的固態(tài)電池。