研究人员已经开发出一种准固态锂离子电池，它具有更高的稳定性、安全性和更长的使用寿命。
技术进步推动了电动设备和汽车的广泛采用。这些创新不仅提供了便利，而且提供了更清洁的燃料动力机器替代品，对环境也有好处。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LIB通常使用有机电解质溶液，这对于实现高能效至关重要。然而，随着市场需求的增长，满足安全标准变得越来越具有挑战性。
固态电池是一种更安全的替代品，它消除了易燃的液体电解质。然而，固体电极和固体电解质之间的界面经常阻碍锂离子的有效转移。此外，固体电极在充放电过程中的膨胀和收缩会破坏界面，进一步阻碍离子流动。为了应对这些挑战，迫切需要开发具有稳定高效接口的先进固态电池，以提高安全性、功能性和整体性能。
一种更安全的准固态电池的研制
为了克服这些挑战，来自日本的一组研究人员开发了一种不易燃的准固态LIB，可以克服传统电池的局限性。该研究由日本同志社大学和TDK公司的Ryosuke Kido，同志社大学的Minoru Inaba教授和Takayuki Doi教授以及TDK公司的Atsushi Sano领导，他们的研究结果于2024年10月11日在线发表在《储能杂志》上。它还于2024年11月15日在第102卷中出版。
该论文的主要作者Kido先生进一步介绍了他们的工作，他说：“增加正极和负极活性材料的容量以实现更高的能量密度会降低循环性能和安全性。我们开发的阻燃准固态电池结合了液体电解质和固体电解质，为高能量密度的全固态电池提供了一种更安全、更耐用的替代品。”
新的电池设计包括硅（Si）负极和LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（NCM811）正极，后者被认为是LIB的下一代材料。这些电极由固体锂离子导电微晶玻璃片（LICGC™）与OHARA隔开。为了提高兼容性和性能，研究人员开发了针对每个电极量身定制的不易燃、接近饱和的电解质溶液。溶液使用磷酸三（2,2,2-三氟乙基）酯和碳酸2,2,2-四氟乙基甲酯，它们与电极和固体电解质界面相容。由此产生的30mAh级准固态袋电池表现出优异的离子导电性、热稳定性和电化学性能。
创新电池设计和材料
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）来评估准固态LIB的热稳定性和电化学性能。值得注意的是，该电池充放电容量大，循环性能好，内阻变化小。此外，ARC测试表明，Si-LICGC-NCM811结构在各自的电解质溶液中表现出更好的热稳定性，即使在150℃左右的高温范围内，与副反应相关的热量产生也非常低。
总的来说，新开发的LIB有潜力促进高效、安全的下一代电动汽车和无人机等无线设备的发展。它的广泛应用不仅可以提高用户的便利性，而且可以促进经济的可持续增长。
Kido先生总结了他们工作的长期影响，他说：“随着世界走向碳中和，电动汽车近年来受到了极大的关注。开发高安全性、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提高液体基锂电池的寿命，提高能量密度，同时保持全固态电池的安全性。”
这项研究代表着朝着开发下一代储能解决方案迈出的一步，该解决方案可以平衡安全性、效率和环境可持续性。
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