科学研究 - 东工大发现全固体电池可通过加热提高性能，还能抑制电极劣化

东京工业大学的一杉太郎教授等人组成的研究团队开发出了通过加热新一代安全电池“全固体电池”来提高其性能的方法。此前制造电池时如果暴露于大气中，电极与电解质之间离子就难以通过，正极也会出现劣化。在电池完成制造后通过加热可以改善其性能。今后还将对该方法进行改良，以用于大规模生产。

全固体电池加热至150℃可提高性能的（图片由东京工业大学的一杉教授提供）

在目前的主流锂离子电池中，作为主要成分之一的电解质为液体，而全固体电池使用固体物质。全固体电池不易燃，有望实现高安全性，也适合电池的小型化。

电池充放电时锂离子在正负极之间来回移动产生电流。大量离子快速移动的话可以快速充电，但在全固体电池中，离子在电解质中以及电极与电解质接触的界面会通行不畅，导致电阻增加，存在充电所需的时间变长的课题。

电极材料与大气中的成分发生反应的情况也很多。研究团队通过实验详细调查了哪种物质与电极的劣化等有关。

实验发现，电极接触到水蒸气后，离子在界面的易移动性会降到原来的十分之一以下，此时的电极劣化也很严重。正极暴露于水蒸气中时，氢离子会附着到由钴和锂构成的正极材料表面并进入内部。如果在这种状态下通电的话，正极材料会损坏，导致性能劣化。

在真空中制造可以防止劣化，但制造成本比较高。研究团队此次开发了在大气中制造电池后，通过以150℃的温度加热1小时来消除水蒸气的不利影响的方法。即使是置于大气中的正极，界面电阻也会降至十分之一以下，恢复到原来的水平，与在真空状态下制造的电池相同。

如果单独加热正极或在组合正极与电解质的状态下加热，并不能恢复性能。一杉教授表示：“重要的是要在制造出成品后加热。”

研究团队通过计算机模拟（模拟实验）调查了氢离子的运动。进入正极材料中的氢离子会随着加热移动到固体电解质中。氢离子被认为最终会移动到负极形成化合物，但不会影响电池性能。

全固体电池的电解质大致可以分为氧化物电解质和硫化物电解质。据一杉教授介绍，氧化物电解质的性能比硫化物电解质低，但安全性更高。

新方法可用于氧化物电解质，如果实现实用化，“可将全固体电池的充电时间降至目前的几分之一”（一杉教授）。今后将对该方法进行改良，以用于电池的大规模生产。