科學研究 - 東工大發現全固體電池可透過加熱提高性能，還能抑制電極劣化

東京工業大學的一杉太郎教授等人組成的研究團隊開發出了透過加熱新一代安全電池「全固體電池」來提高其性能的方法。此前製造電池時如果暴露於大氣中，電極與電解質之間離子就難以透過，正極也會出現劣化。在電池完成製造後透過加熱可以改善其性能。今後還將對該方法進行改良，以用於大量生產。

全固體電池加熱至150℃可提高性能的（圖片由東京工業大學的一杉教授提供）

在目前的主流鋰離子電池中，作爲主要成分之一的電解質爲液體，而全固體電池使用固體物質。全固體電池不易燃，有望實施高安全，也適合電池的小型化。

電池充放電時鋰離子在正負極之間來回行程產生電流。大量離子快速行程的話可以快速充電，但在全固體電池中，離子在電解質中以及電極與電解質接觸的界面會通行不暢，導致電阻增加，存在充電所需的時間變長的課題。

電極材料與大氣中的成分發生反應的情況也很多。研究團隊透過實驗詳細調查了哪種物質與電極的劣化等有關。

實驗發現，電極接觸到水氣後，離子在界面的易行程性會降到原來的十分之一以下，此時的電極劣化也很嚴重。正極暴露於水氣中時，氫離子會附着到由鈷和鋰構成的正極材料表面並進入内部。如果在這種狀態下通電的話，正極材料會損壞，導致性能劣化。

在真空中製造可以防止劣化，但製造成本比較高。研究團隊此次開發了在大氣中製造電池後，透過以150℃的溫度加熱1小時來消除水氣的不利影響的方法。即使是置於大氣中的正極，界面電阻也會降至十分之一以下，恢復到原來的水平，與在真空狀態下製造的電池相同。

如果單獨加熱正極或在組合正極與電解質的狀態下加熱，並不能恢復性能。一杉教授表示：「重要的是要在製造出成品後加熱。」

研究團隊透過電腦模擬（類比實驗）調查了氫離子的運動。進入正極材料中的氫離子會隨着加熱行程到固態電解質中。氫離子被認爲最終會行程到負極形成化合物，但不會影響電池性能。

全固體電池的電解質大致可以分爲氧化物電解質和硫化物電解質。據一杉教授介紹，氧化物電解質的性能比硫化物電解質低，但安全更高。

新方法可用於氧化物電解質，如果實現實用化，「可將全固體電池的充電時間降至目前的幾分之一」（一杉教授）。今後將對該方法進行改良，以用於電池的大量生產。