据外媒报道，东京工业大学（Tokyo Institute of Technology）的研究人员研发了一项新技术方案——无锗固态电解质，可降低固态锂电池的成本，并致力于将该项技术应用到电动车、通信及其他行业中。尽管还需要进行进一步的调整，研究人员可根据其不同的用途来优化材料性能，为降低生产成本带来了新希望。

该研究团队在在美国化学会（ACS）期刊——《材料化学（Chemistry of Materials）》上发表了论文，其技术方案为：采用锡与硅替代固态电解质内的锗（germanium）元素，因为上述两项材料的化学稳定性更强。相较于液态电解质，新材料提升了锂离子的导电率。在谈论其研究成果时，Ryoji Kanno与他的同事表示：“这款固态电解质不含锗，未来或许所有固态电池都会采用该电解质。”

配有固态电解质（SEs）的全固态电池系统有望角逐新一代电池。据估计，该类电池所能提供的电量大、能源密度高、性能稳定、安全性能也有所提高。硫化物基锂离子导体（Sulfide-based lithium-ion conductors）的导电性高、电化学窗口（也有译作：“电位范围”，electrochemical windows）及机械性能也不错。为此，目前许多机构都在大力研发固态电解质。 Li10GeP2S12（LGPS）是结晶硫电解质产品系列的新成员，其导电性为1.2 × 10−2 S cm−1，可媲美有机液态电解质（organic liquid electrolytes）。全固态电池LiCoO2/LGPS/In−Li采用LGPS电解质，其充放电性能相当出色。然而，锗元素价格相对较贵，或将限制LGPS材料的广泛应用。  

 在设计锂离子导体时，晶体结构类型也是一项重要因素。若不同材料的结构类型相近，且固体的导电性高，那么新材料的导电性能就会更好。LGPS类结构的锂离子扩散率高。未来，硅基及锡基的无锗材料均可能被用作为固态电解质并得到实际应用。

相较于采用锂离子导电液体的常见锂离子电池，未来的全固态电池拥有以下优势：安全性及可靠性得到提升，储能量较高、使用寿命更长。 超离子导体（superionic conductors）——固态晶体（solid crystals）的研究发现提升了锂离子的移动速率，进而促进这类电池的研发进展，但这款前景较好的设计却一度依赖于对稀有金属锗的应用，由于其价格过于昂贵，无法实现大规模应用。

这项技术的研发科学家Kanno表示，由于化学稳定性高且易于装配，这款新材料提升了对固态电解质进行精细调整的可能性，进而满足各类工业需求及消费需求。2011年，Kanno及其团队成员与丰田汽车、日本的高能加速研究机构（KEK）开展合作，在发表的论文中引入了结构为Li10GeP2S12 (LGPS)的固态电解质。该材料在纯固态电池研发竞争中占据了先手，该团队还基于LGPS结构研发其他的固态电解质并取得了成效。

在最近发布的一篇论文中，研究人员保留了相同的LGPS框架结构，对锡、硅及其他成分的原子的速率及位置分布进行了精密调整。其研究成果LSSPS材料（成分：Li10.35[Sn0.27Si1.08]P1.65S12 (Li3.45[Sn0.09Si0.36]P0.55S4)）在室温下的锂离子导电性为1.1 x 10-2 S cm-1，几乎接近最初的LGPS结构的性能。尽管还需要进行进一步的调整，研究人员可根据其不同的用途来优化材料性能，为降低生产成本带来了新希望，且不必牺牲材料的性能。 

新兴电池目前是全球新材料领域一个十分火热的领域，目前石墨烯以及固态锂方面被认为是最有前途的两个方向，但是因为石墨烯的制造成本相当高，所以目前只能作为一种添加材料加入锂电池里面，能够起到提高寿命和散热的作用。而这种固态的锂电池并没有改变电池本身的材料，不过是借助改变电池内部的结构，成功把储能密度从300KWH/KG提高到了900KWH/KG，同时还提升了电池的安全性。目前，中国在电池技术应用领域也已经走到了世界前列。2018年 11月位于江苏昆山的苏州清陶新能源科技有限公司内，可日产1万只固态电池的固态锂电池产线正式投产，电池能量密度可达400Wh以上，产品将主要投用于特种电源、高端数码等领域。作为新能源汽车的“心脏”，动力电池无疑会决定新能源汽车的未来。据不完全统计，2017年中国动力锂电池出货量为39.2GWh，同比增长28.5%。业内人士预测，到2030年前将保持25%以上的复合增速。

若未来公共汽车、飞机和船只也改用电池供电时，还需要更多的电力，而目前的水性锂电池性能演进速度正在放缓，于是，具可塑性的固态电池成为下一代锂电池发展方向，包括丰田、东芝、苹果以及宝马、奔驰、大众等国际知名企业都在这个领域有所布局。目前由清华大学南策文院士团队创建的苏州清陶新能源科技有限公司是中国较早开展全固态锂电池技术研发的团队之一。围绕固态锂电池研发，该公司申报的专利已近100项，攻克了固态电解质材料量产、固态电解质膜成型技术、复合正负极配方工艺、极片与电解质膜间固-固界面等一系列问题，成功实现了氧化物固态电解质材料、功能型离子导体陶瓷复合隔膜等研发成果的产业化。 

资料来源：《盖世汽车》（2017），《电子发烧友》（2018），《中国新闻网》（2018）

东京工业大学简介：

东京工业大学，简称东工大，是日本理工科大学之最。校区位于东京都目黑区与横浜市绿区，是专攻工程技术与自然科学的日本顶尖、世界一流的理工科大学 。该校是日本超级国际化大学计划的A类顶尖校之一，也是日本八大学工学系联合会、学术研究恳谈会（RU11）、东亚研究型大学协会等学术组织的重要成员。2018年QS世界大学排名中位列第56名 ，日本第3名。其在工程技术类排名世界第14名，日本第2名；自然科学类排名世界第24名，日本第3名。2020年泰晤士高等教育日本大学排名中位居第3位。知名校友包括菅直人、白川英树、岩田聪、筱原一男、苏步青、陈建功等。