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| 固體電解質 |
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固體電解質是應用在冶金中的具有離子導電性的固態物質，它與快離子導體有所不同的是，固體電解質涵蓋離子電導率較低的普通固態離子導體。
這些物質或因其晶體中的點缺陷或因其特殊結構而為離子提供快速遷移的通道，在某些溫度下具有高的電導率(1~10-6西門子/厘米),故又稱為快離子導體。已經發現幾十種快離子導體材料，如鹵化物中的RbAg4I5、α-AgI是銀離子導體，氧化物中的ZrO2(摻雜CaO)、ThO2(摻雜Y2O3)是氧離子導體，β-Al2O3是鈉離子導體等。
簡介
用途
廣泛應用於新型固體電池、高溫氧化物燃料電池、電致變色器件和離子傳導型傳感器件等。也用在記憶裝置、顯示裝置、化學傳 感器中，以及在電池中用作電極、電解質等。例如，用固體電解質碘製成的鋰-碘電池已用於人工心臟起搏器;以二氧化鋯為基質的固體電解質已用於制高溫測氧計等。
最新應用
雖然採用鈉離子的全固體電池也已經逐漸展開研究，但採用鋰離子的全固體電池的研究更加活躍。
在全固體電池的研究中，如何提高表示固體電解質鋰的擴散速度的鋰離子導電率是個重要課題。在最近的研究中，東京工業大學、豐田汽車公司和高能加速研究機構的研發小組發現了鋰離子導電率與有機電解液相當的物質。主導研究的是東京工業大學研究生院綜合理工學研究科物質電子化學專業的菅野了次教授。
菅野等人發表的是硫化物類固體電解質的一種--Li10GeP2S12。鋰離子導電率在室溫(27℃)下非常高，為1.2×10-2S/cm。豐田試製了採用該固體電解質的全固體電池，並於2012年10月公開。豐田證實"實現了原產品5倍"的輸出密度。
在本屆電池研討會上，以豐田為首，出光興產公司、三井金屬礦業公司、村田製作所、三星橫濱研究所及住友化學公司等也發表了論文。
豐田與大阪府立大學的辰巳砂研究室報告了可提高全固體電池壽命的研究成果。通過採用7Li2O·68Li2S·25P2S5，與該公司此前推進研究的75Li2S·25P2S5相比，實現了比較高的容量維持率。雙方試製了採用不同固體電解質的全固體電池，以最大4V電壓進行充電後，在60℃下保存了1個月，採用7Li2O·68Li2S·25P2S5的電池的反應電阻沒有升高，約為當初的0.9倍，維持了86%的放電容量。而採用75Li2S·25P2S5的電池的反應電阻上升至當初的約2.0倍，放電容量維持率降到72%。
豐田稱:"7 Li 2O·68Li2S·25P2S5耐水性高，活性物質和固體電解質界面能夠穩定。因此可抑制硫化氫的產生量，為電池的長壽命化做出了貢獻。"此次的實驗是在60℃下實施的，由此可見，在高溫時也能抑制電池劣化。
負極材料採用金屬磷化物
固體電解質與正極材料的組合備受關注的全固體電池還提出了高容量負極候選。就金屬磷化物發表演講的是大阪府立大學和出光興產的研發小組注。時下作為高容量負極受到關注的硅和錫雖然容量高，但與鋰製成合金時體積變化較大，難以延長壽命。
而金屬磷化物的特點是能形成金屬微粒子和Li3P。Li3P具有矩陣構造，有望抑制鋰與金屬微粒子的合金化反應造成的體積變化。另外，Li3P因鋰離子導電性高，僅利用活性物質即可構成負極的電極部分。
此次發表的論文中的負極材料採用了磷化錫(Sn4P3)。由該負極材料與Li2S-P2S5類固體電解質及鋰銦合金正極構成的試驗單元，即使負極電極中不含電解質和導電添加劑也能作為充電電池使用，具備950mAh/g的初期放電量(圖10)。與採用Sn4P3、固體電解質和乙炔黑以40:60:6重量比混合的電極複合體的單元相比，電極單位重量的容量約為2倍。
此外，觀察充放電前以及初次放電後和充電後的電極發現，雖然出現了100μm級的裂紋，但Sn4P3與固體電解質之間保持了出色的接觸界面。大阪府立大學認為，這要得益於Li2S-P2S5類固體電解質的柔軟性。
評價
固體電解質電池還廣泛用於高溫物理化學研究，如用來測定化合物的生成自由焓，溶解自由焓，金屬熔體中氧活度及活度影響參數等。用來測定氮、硫、氫的固體電解質電池也正在研究之中。固體電解質的研究和應用已成為60年代以來受到廣泛注意並獲得迅速發展的一門材料科學分支。[1]