锂硫电池基础技术

在制定了减少温室气体研发战略的《科技振兴安排》(JST)的指导下，日本文部科学省正在推动优秀低碳技术(ALCA)的发展。2016年二月，项目开发领域之一新一代电池技术吹风会召开。日本东北大学和关西大学介绍了旨在完成LIS电池的新基础技术的发展。

一个强大的替代后锂离子电池是LIS。目前正在开发几项基本技术来完成LIS电池。其中之一是由日本东北大学(tohokuuniversity)原子和分子材料科学高级研修班(advancedworkshoponatomicandmolecularmaterialsscience)教授田茂(shigerutsuru)领导的团队开发的固体电解质。它的电解质是复合氢化物，它在锂离子电池上的应用是人们期待已久的。

锂离子电池是以硫为正极材料，以锂金属为负极材料的电池。作为阴极材料的硫的理论容量密度约为1670mAh/g，是锂离子电池常用三元材料的6倍以上。另一方面，作为正极材料的金属锂的理论容量密度为3861mAh/g，是锂离子电池常用正极材料碳(372mAh/g)的10倍左右。其能量密度预计将远远高于目前的锂离子电池。

而LIS电池的问题在于，假如锂离子电池使用的是有机电解液，电池容量会随着充放电周期的延长而显著降低。电池充放电过程中出现的硫和锂中间产物会溶解在电解液中，呈负极反应，导致充放电用硫的用量大幅度减少。

改变电解液或碳材料

正在考虑的策略之一是使用比液体更安全的固体电解质来防止硫的溶解。东北大学的研究小组正在开发可用于这种固体电解质的复合氢化物。

该团队正在研究复杂的氢化物，因为它们在电池中使用时更稳定。在此之前，硫化物和氧化物作为固体电解质被广泛研究。尽管有许多类型的离子电导率可以用于电池，但并没有很多类型的离子电导率具有电池运行所需的稳定性。络合氢化物是指由金属阳离子M(Li+、Na+、Mg2+等)和络合阴离子M'hn((BH4)-、(NH2)-、(AlH4)-、(AlH6)3-等组成的物质。在150℃时，热分解并不容易。组成元件可由轻元素构成，只需在室温下在单轴轴上加压即可出现良好的电解液。但离子电导率低，操作温度高。

例如，电流型电解质的离子电导率超过10-2s/cm(室温)。硼氢化锂(LiBH4)是一种复合氢化物，其离子电导率在390K(约120℃)下为2倍。在10-3s/cm以上，室温下约为10-7s/cm(图1、2)。通过碘离子取代部分BH4离子((BH4)-)，团队将室温下离子电导率提高到10-5~10-4s/cm左右。然而，于说，要达到今天锂离子电池的能量密度和输出密度水平，要提升到10-3s/cm左右。除了LiBH4，该团队还在探索其他复杂的氢化物。Li2B12H12(约10-4s/cm,60c)和化合物如LiNH2和LiBH4也是候选。