三钒酸锂阴极厚膜被制备有望实现基于氧化物的全固态锂电池

丰桥技术大学的研究人员利用气溶胶沉积法成功地在石榴石型氧化物固体电解质上制备了三钒酸锂（LVO）阴极厚膜。在固体电解质上制造的LVO阴极厚膜显示出大的可逆充放电容量（高达300mAh/g），并且在100℃下具有良好的循环稳定性。该发现可有助于实现高度安全且化学稳定的基于氧化物的全固态锂电池。研究结果于2018年9月1日在Materials杂志中报道。

可充电锂离子电池(LiBs)因其高能量密度和良好的循环性能，在全球范围内被广泛用作智能手机、平板电脑和笔记本电脑等移动电子设备的电源。近年来，在汽车推进、太阳能、风能间歇发电的固定负荷调平等领域，中、大规模LiBs的发展大大加快。然而，更大的电池尺寸会导致更严重的LIBs安全问题：其中一个主要原因是可燃有机液体电解质含量的增加。

具有高度不可燃性的无机锂离子（Li）导体作为固体电解质（SE）的全固态锂离子电池由于其高能量密度、高安全性和可靠性而有望成为下一代储能装置。固体电解质材料不仅在室温下具有高的锂离子传导性，而且还具有可变形性和化学稳定性。与硫化物基材料相比，氧化物基固体电解质材料具有相对低的导电性和差的可变形性;但是固体电解质材料具有化学稳定性和易于处理等优点。

石榴石型快速Li导电氧化物Li7-xLa3Zr2-xTaxO12（x=0.4-0.5，LLZTO）由于其良好的离子导电性和高电化学稳定性而被认为是固态电解质的良好候选物。然而，这种氧化物通常需要1000-1200℃的高温烧结来致密化，并且因为烧结温度太高，使得固态电解质与大多数电极材料之间界面处发生的副反应无法被有效抑制。因此，目前只有少数有限的几种电池材料可用于共烧工艺开发具有石榴石型固态电解质的固态电池。

RyojiInada和他在丰桥技术大学电气与电子信息工程系的同事通过使用气溶胶沉积（AD）方法成功地在石榴石型LLZTO上制造三钒酸锂（LiV3O8，LVO）厚膜阴极。制备全固态电池样品并使用制造的复合材料进行测试。

过针刺 低温防爆18650 2200mah

符合Exic IIB T4 Gc防爆标准

充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%

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已知AD方法是室温膜制造工艺，其使用陶瓷颗粒在基板上的冲击固结。通过控制粒度和形态，可以在各种基材上制造致密的陶瓷厚膜而无需热处理。该特征在氧化物基固态电池的制造中是有吸引力的，因为可以在固体电解质上选择和形成各种电极活性材料而不进行热处理。

目前长期研究的LVO材料已经被用作为下一代锂基电池的阴极材料，因为其Li存储容量大约为300mAh/g。然而，LVO作为固态电池阴极的可行性研究尚未开展。LVO的反应在放电（即Li插入）过程中开始，这与LiBs的其它常规阴极材料如LiCoO2，LiMn2O4和LiFePO4不同。因此，广泛用于电流LiB的石墨阳极难以用于具有LVO阴极的电池中。在具有石榴石型固体电解质的固态电池中，Li金属电极可能用作阳极;因此，LVO将成为高容量阴极的有吸引力的候选者。

为了在LLZTO颗粒上制造致密的LVO膜，通常利用球磨工艺控制LVO颗粒的尺寸。结果，室温下在LLZTO上成功制造了厚度为5-6μm的LVO厚膜。LVO厚膜的相对密度约为85％。对于作为阴极的LVO厚膜的电化学表征，将Li金属箔附着在LLZTO粒料的相对端面上作为阳极，以形成LVO/LLZTO/Li结构的固态电池。在50和100℃下测量LVO/LLZTO/Li全固态电池中的恒电流充电（从LVO中提取Li）和放电（Li插入到LVO中）性质。

尽管极化在50℃时相当大，但确认了可逆容量约为100mAh/g。随着温度升高到100oC，在平均电池电压约为2.5V时，极化率降低，容量显著增加到300mAh/g;这是在有机液体电解质中观察到的LVO电极的典型行为。此外，我们确认固态电池中的充放电反应在各种电流密度下均可以稳定地循环。这可归因于通过冲击固结制造的LVO膜与膜中的LLZTO和LVO颗粒之间的强粘附性。

这些结果表明，LVO可以潜在地作为用作氧化物基固态电池中的高容量阴极材料，具有高安全性和化学稳定性，虽然这需要对其进一步研究以提高性能。研究人员正在持续进行研究，以期在较低的工作温度下实现基于氧化物的固态电池。