鋰電池之后的新電池——鋰-空氣電池

鋰電池之后的新電池——鋰-空氣電池專家預(yù)測(cè)，一種名為FSI（FluoroSulfonylImide）的負(fù)離子有望成為替代TFSI的物質(zhì)。這種物質(zhì)與TFSI不同，左右兩側(cè)帶有的并非是CF3，而是F。F比CF3小，因此減小了整體大小。如上所述，離子小的話，電荷密度就會(huì)變大，容易形成結(jié)晶，但這種程度大小的離子，越小粘性就越容易降低，效果就越好。原因是離子液體是通過離子抵抗液體本身的粘性進(jìn)行運(yùn)動(dòng)來推動(dòng)電荷的。

上面一直在說負(fù)離子，其實(shí)正離子也有多種選擇。比如，可以使用名為EMI（1-ethyl-3-methylimidazolium）的物質(zhì)。在融點(diǎn)方面，使用TFSI的鹽為-18℃，使用FSI的鹽為-12.9℃，實(shí)際應(yīng)用時(shí)沒有大的差別。而25℃下的粘性不同，F(xiàn)SI從32.6mpa·s降至17.9mpa·s，降低了約一半。而且，F(xiàn)SI用于電解質(zhì)時(shí)，體現(xiàn)性能的離子導(dǎo)電率也從9.1mS/cm升至16.5mS/cm，提高了近一倍。這些指標(biāo)雖然不及目前普遍使用的有機(jī)溶媒，但與有機(jī)溶媒屬同一級(jí)別。這樣，F(xiàn)SI便有望應(yīng)用到電池上。

在實(shí)際對(duì)試制電池進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后，得到了未曾預(yù)料到的結(jié)果：FSI與TFSI不同，不會(huì)損傷負(fù)極。而TFSI存在用于電池時(shí)會(huì)損傷負(fù)極的嚴(yán)重問題。而且原因不明。

雖然目前尚未到評(píng)價(jià)性能的階段，但從不會(huì)腐蝕負(fù)極這一點(diǎn)來說，至少工作性能已得到基本證實(shí)。由于“富有潛力”（關(guān)西大學(xué)的石川），因此性能今后還將不斷提高。

實(shí)現(xiàn)全固體電池的粒子包覆技術(shù)

棄用有機(jī)溶媒的第二途徑就是全固體電池。正極、負(fù)極原本就是固體，接下來只需將電解質(zhì)變成固體即可。大阪府大學(xué)一直在研究使用硫化物類電解質(zhì)的全固體電池。比如，加熱Li2S-p2S5類玻璃進(jìn)行結(jié)晶化后的電池，其室溫下的導(dǎo)電率達(dá)到了10-3S/cm以上。已經(jīng)達(dá)到與目前使用的液體電解質(zhì)相同的水平。而且，導(dǎo)電率還有可能進(jìn)一步提高，有望成為達(dá)成“7倍”這一目標(biāo)的“黑馬”。

大阪府大學(xué)于09年4月與豐田共同發(fā)表了用于全固體電池的粒子包覆技術(shù)。全固體鋰充電電池有薄膜型和堆積型。要想在汽車上使用，容量是決定性因素，因此大阪府大學(xué)對(duì)能夠提高容量的堆積型展開了大力開發(fā)。具體做法是將負(fù)極活性物質(zhì)、正極活性物質(zhì)及固體電解質(zhì)三樣分別制成粒子，按照濃淡層次法逐漸改變混合比例，進(jìn)行摻合、重疊。

該方法的難點(diǎn)在于粒界的接觸阻力。這種情況下，如果中央的電解質(zhì)為液體，便可利用“濡濕”現(xiàn)象來確保固體與液體的接觸。而固體之間不同，微觀來看只有一點(diǎn)接觸。對(duì)此，業(yè)內(nèi)一直采取施加壓力，使粒子發(fā)生細(xì)微變形，以此來增加接觸面積的開發(fā)思路。

大阪府大學(xué)卻選擇了另一方向作為突破口，通過用固體電解質(zhì)薄膜包覆電極活性物質(zhì)微粒子的表面，來降低接觸阻力。電極活性物質(zhì)采用LiCoO2（鈷酸鋰），固體電解質(zhì)采用Li2S-p2S5類材料，粒子包覆采用pLD（脈沖激光燒蝕沉積）法。

pLD是薄膜沉積方法之一。就是用激光轟擊靶材，使靶材濺射出來的物質(zhì)在底板上形成薄膜。這里的做法是，在上面設(shè)置靶材，在下面設(shè)置底板。一邊振動(dòng)底板，讓LiCoO2粒子流動(dòng)，一邊使固體電解質(zhì)沉積于粒子表面，形成薄膜。用該粒子制造全固體單元時(shí)，與利用未經(jīng)包覆的粒子制造時(shí)相比，單元的容量更大。粒子包覆的有效性得到證實(shí)，使全固體電池向?qū)嵱没~進(jìn)了一大步。