代わりに、従来の有機液体電解質を固体電解質を用いた全固体型リチウムイオン電池は、電池は、セキュリティ問題を解決することが期待される基本的に主、電気自動車や大規模な化学的電源のエネルギー貯蔵理想。
キーは、電極/固体電解質界面の互換性を向上させる、高温固体電解質の伝導度及び電気化学的安定性及び全固体型リチウムイオン電池に適した高エネルギーの電極材料の製造を含みます。
全固体型リチウムイオン電池は、カソード、電解質、負極、固体材料のすべてを含むの構造、従来のリチウムイオン電池の電解質に対して著しい利点を有します。
①完全に電解液の腐食や漏れ、熱安定性の潜在的な安全性の問題を排除する;
②液体パッケージは、生産効率を向上させる、構成必要はなく、シリアルバイポーラ構造を重畳します。
③固体電解質の固体特性として、複数の電極が重畳してもよいです。
（上記5Vまで）④広い電気化学的安定性は、高電圧電極材料を適合させることができます。
⑤固体電解質のイオン伝導体は、通常、単一の、ほとんどない副反応、長寿命です。
固体電解質
ポリマー固体電解質
ポリマーマトリックスからなる高分子固体電解質（SPE）、（例えば、ポリエステル、ポリエチレンポリアミン酵素など）及びリチウム塩（例えば、LiClO4、LiAsF4、のLiPF 6、LiBF 4を、等）、それらの軽量の、良好な粘弾性、優れた機械的加工やその他の特性が広く注目されています。
これまでは、ポリエチレンオキサイド（PEO）、ポリアクリロニトリル（PAN）、ポリビニリデンフルオライド（PVDF）、ポリメチルメタクリレート（PMMA）、ポリプロピレンオキサイド（PPO）、ポリ塩化ビニリデン（PVDC）、および単一イオンポリマー電解質などの他のシステムが含まれる。
現在、SPEマトリックスの主流はPEOとその誘導体の中で最も初期に提案されているものであり、主にPEOリチウム金属の安定性に起因しており、リチウムイオンをより良好に分解することができる。
しかしながら、固体高分子電解質におけるイオン輸送は、主としてアモルファス領域で起こるため、室温での未修飾PEOは結晶化度が高く、イオン伝導度が低く、高電流での充放電容量に大きく影響する。
研究者は、これによりシステムの導電率を増加させる、PEOセグメント運動能力の結晶化度を低減する方法によって改善、ポリマーマトリックスのための最も簡単で効果的な方法の一つは、無機粒子のハイブリッド処理です。
以上の無機充填剤のMgO、Al 2 O 3、SiO 2および金属酸化物は、ゼオライトナノ粒子含む本研究、モンモリロナイト、これらの無機粒子を添加すると、整然としたマトリックスポリマーセグメントを乱すその結晶性を低下させます、ポリマー間の相互作用は、リチウム塩と無機粒子は、導電率及び輸率を向上させるために、リチウムイオン伝達路を増加させる。無機フィラーが向上するように、電解液中の微量不純物（例えば、水分）吸着複合体としても機能することができます機械的特性の役割。
さらにパフォーマンスを向上させるために、一部の研究者は、その多孔質に金属有機骨格（MOF）を形成するフィラーの新しいタイプ、遷移金属イオンと有機配位子の連結鎖不飽和部位（通常、剛性）の前記自己集合を開発しましたそして、高い安定性と注意。
固体酸化物電解質
酸化物固体電解質材料による構造は、電解質が結晶ペロブスカイト型、NASICON型、LISICON型等ガーネット、ガラス状酸化物電解質を含み、結晶及びガラス状（アモルファス）のカテゴリに分けることができます研究の焦点は、フィルムのLiPON電解質電池です。
結晶性固体酸化物電解質
酸化物結晶固体電解質は化学的に安定であり、大気中で安定に存在することが可能であり、全固体電池の大量生産に有利である。現在、導電性を向上させる方法は主に元素置換と元素ドーピングであり、電極との適合性もその適用を制限する重要な課題である。
LiPON型電解質
1992年に、RFマグネトロンスパッタリング装置を用いた高純度窒素雰囲気中の米国オークリッジ国立研究所（Oak Ridge National Laboratory）（ORNL）がLiPON電解質膜を製造したLiPPO 4ターゲットをスパッタリングした。
この材料は、優れた包括的な特性、2.3×10 -6 S / cmの室温イオン導電率、5.5V（対Li / Li +）の電気化学的窓、良好な熱安定性、およびLiCoO 2、LiMn 2 O 4および他の正電極およびリチウム金属リチウム合金のカソードの相溶性が良好である.LiON薄膜のイオン伝導度は、膜構造中のアモルファス材料の大きさに依存し、N、N含有量は導電性のイオン伝導度を高めることができる。
LiPONは、全固体薄膜電池の標準的な電解質材料であり、商業的に使用されていると一般に認められている。
しかし同時に、薄膜組成を制御することは困難であり、堆積速度は遅いため、研究者らは、LiPON薄膜を製造する他の方法、例えばパルスレーザ堆積、電子ビーム蒸着法、イオンビームアシスト真空熱蒸着法等が挙げられる。
調製方法の変更に加えて、優れた特性を有する様々なLiPON型アモルファス電解質を調製するために、元素置換および部分置換方法も研究者によって使用されている。
硫化物結晶固体電解質
最も典型的な結晶性固体電解質は、硫化チオLISICON、最初Li2S-GES2-P2S、技術の教授菅野東京工業大学、LI4-xGe1-xPxS4の化学組成、最大2.2までの室温イオン伝導度によって発見されたシステムであり、 x10-3S / cmで（ここで、x = 0.75）、および電子伝導性が無視できる程度である。チオLISICON化学式LI4-xGe1-xPxS4（など=のGeはSi、B = P、A1、亜鉛、等）。
硫化物ガラスとガラスセラミック固体電解質
ガラス状電解質体は、ネットワークは、典型的には、変性Li2Sから形成さP2S5、SiS2、有しながら、主に、Li2S-P2S5、Li2S-SiS2、Li2S-B2S3、広い組成範囲、高い室温イオン伝導度を含む他のシステムのB2S3ネットワーク高い熱安定性、良好な安全性能、広い電気化学的安定性窓（上記5Vまで）、高電力および高温および低温固体電池の顕著な利点の特性は、固体電池の電解質材料の大きな可能性を秘めています。
先端位置における教授TATSUMISAGO大阪府立大学研究Li2S-P 2 S 5の電解質は、彼らが最初にガラスマトリックス中に電解質は、このような結晶相を堆積させたガラスセラミックを形成するために部分的に結晶化さLi2S-P2S5ガラス高温処理を見つけます。導電性が大幅に改善されました。
全ての固体電池電極材料
固体電解質と電極材料界面副反応は、実質的に固体電解質の分解が存在しないが、が電極/電解質界面の互換性があまりにも深刻な固体電池の低サイクル寿命をもたらす、界面インピーダンスのイオン輸送に影響を与え、不良であること固体特性よう、速度性能との差はまた、密度が大きい電池用電極材料研究のための要件を満たすことができないエネルギーは二つの側面に焦点を当てた：一方は、電極/電解質界面の相溶性を向上させる、インターフェース及び電極材料を変更しています。第二に、新しい電極材料の開発は、それによって、固体状態の電気化学セルの性能を高めます。
陰極材料
以上の全固体電池において、そのようなアプリケーションは通常、正極複合電極を用いた全固体電池は、電極活物質に加えて、さらに固体電解質と導電剤と、電極中のイオンと電子の輸送において役割を果たす。のLiCoO 2、LiFePO 4を、LiMn 2 O 4を正極酸化共通。
電解質が硫化物である場合、より大きな化学ポテンシャルの差から、リチウムイオンの酸化物の正極は、Li +の多数は、正極、リチウム枯渇電解質界面に移動し、その結果、硫化物電解質よりもはるかに強く引き付け。
正極は、酸化物イオン伝導体である場合、正極はまた、空間電荷層で形成されるが、正極混合伝導体（例えば、LiCoO 2のイオン伝導体などだけでなく、電子伝導体の両方）場合は、酸化物中のLi +濃度は導電性、空間で希釈し硫化物電解質のLi +が再び正極に向かって移動すると、充電層が消滅し、電解質の空間電荷層がさらに増加し、それによってセルの性能に影響を与える非常に大きな界面インピーダンスが生じる。
正極と電解質が増加のみイオン伝導性酸化物層との間に、効果的に、空間電荷層の発生を抑制界面抵抗を低減することができる。また、正極材料自体のイオン伝導度を向上させるために、電池性能は、エネルギー密度の向上を目的に最適化することができます。
さらに、全固体電池のエネルギー密度と電気化学的性能をさらに向上させるために、高容量三元陽極材料と5V高電圧材料を含む新しい高エネルギー正電極の研究開発を積極的に行っている。
三元材料の典型的な代表例は、層状構造を有するLiNi1-x-yCoxMnyO2（NCM）およびLiNi1-x-yCoxA1yO2（NCA）であり、理論的比容量は高い。
スピネルLiMn2O4と比較して、5VスピネルLiNi0.5Mn1.5O4は、より高い放電プラットホーム電圧（4.7V）およびレート性能を有するので、全固体電池正極のための強力な候補材料になる。
酸化物正極に加えて、正極硫化物はまた、全固体電池の正極材料の重要な部分であり、そのような材料は、一般に、高い理論比容量であっても、数回又は優れた導電性の硫化物固体状態に陰極酸化よりも一桁以上を有します電解質の試合は、類似の化学電位は、空間電荷層の深刻な影響を引き起こすことはありません場合は、全固体電池は、固体を得、高容量、長寿命周要件を達成することが期待されます。
しかし、正極硫化物の電解質と固体 - 固体界面は依然として悪い、ハイインピーダンスが充電及び問題を排出することができません。
アノード材料
Li金属負極材料
高容量であり、全固体電池の潜在的な利点が低いため、最も重要な負極材料となるが、サイクル中の金属Liは、リチウム樹枝状体が存在するだけで、リチウムの還元量真剣に、それは短絡のような安全上の問題を引き起こすでしょう。
金属Liが容易に空気中の酸素と反応して水分が発生し、高融点金属Liは、組み立てが困難ではなく、電池用途、非常にアクティブである。合金の組成に加え、リチウムと他の金属は、上記課題を解決するための主要な方法でありますこれらの合金の一つは、一般的にこのように界面の安定性に寄与し、効果的に副反応及びリチウムデンドライトの電気化学的生成の発生を制御することができ、高い理論容量を有し、他の活性金属リチウム金属を添加することによって低下します。リチウム合金は、一般式Mは、であってもよいLixM、BはAl、Gaを、錫、シリコン、ゲルマニウム、鉛、として、BiとSbの、銅、銀、亜鉛などが挙げられます。
しかし、リチウム合金負極には、主としてサイクル中の電極の体積変化が大きく、電極粉末の破損が著しく、サイクル特性が大幅に低下していることが明らかであり、リチウムは電極活物質であるため、セキュリティリスクは依然として存在します。
現在、これらの問題を改善する方法は、新しい合金材料の合成、超微細ナノ合金および複合合金システム（活性/非活性、活性/清浄度、炭素系複合材料および多孔質構造など）の調製などである。
炭素系陽極材料
炭素 - 炭素基、ケイ素およびスズ系材料のもう一つの重要な全固体電池の負極材料である。炭素ベースの黒鉛系材料の典型的な代表として、グラファイトカーボンに適した層状構造を有する、リチウムイオンが出てくる、を有します90％を超える電圧プラットフォーム、充放電効率の良い、しかし、理論容量は（のみ372mAh / g）の低いこのような材料の最大の欠点である、と現在の実用化は、実質的に理論的な限界に達している、高エネルギー密度を満たすことができません需要
最近、市場に新たなカーボンナノカーボン材料としてグラフェン、カーボンナノチューブは、電池容量が前に2〜3倍に拡大することができます。
酸化物アノード材料
花火:.等のTiO2、MoO2が、In 2 O 3の、Al 2 O 3を、Cu 2 O凝集、VO2、SnOx、のSiOx、Ga 2 O 3を、Sb2O5、BiO5、これらの酸化物なしの金属酸化物、金属酸化物系複合酸化物及び他の典型的な負極材料を含みます高い理論比容量を有するが、単一の金属酸化物からの変位の過程において、リチウム多量の容量の大きな損失を引き起こし、消費され、そしてサイクルは大きな体積変化を伴う、電池の故障をもたらしますこの問題は、炭素系材料を配合することによって改善することができる。
結論
最も可能性が高いが、全固体型リチウムイオン電池は、PEO系高分子電解質、NASICON型電解質およびガーネット酸化物、硫化物電解質を含む固体電解質材料に適用されます。
電極側では、従来の遷移金属酸化物の正極、リチウム金属、グラファイトのアノードに加えて、高電圧酸化物正極、高容量硫化物正極、良好な安定性を含む一連の高性能な正負の材料も開発されているコンポジットネガなど。
しかし、まだ解決すべき問題がある。
1）PEO系高分子電解質の導電率が低いため、電池の倍率が低く、低温性能が悪く、高電圧陽極との相溶性が悪く、導電性が高く、
2）全固体電池の高エネルギー貯蔵寿命を達成するためには、高エネルギーかつ高安定の正負の材料を開発することが不可欠であり、高エネルギー電極材料と固体電解質の最高の組み合わせと安全性が確認されなければならない。
3）全固体電池における電極/電解質固体 - 固体界面は、界面インピーダンスが大きく、界面安定性が悪く、界面応力が変化して、電池の性能に直接影響するなど、常に重大な問題であった。
全体の多くの問題がありますが、全固体の電池の開発の見通しは、主流のエネルギー貯蔵力になるために、既存のリチウムイオン電池を交換するために、将来的には非常に明るいです傾向です。
