固態鋰電池神話破滅？最新研究揭LLZO材料三大致命傷

日本東北大學最新研究給固態鋰金屬電池潑了盆冷水。研究團隊發現，採用石榴石型固態電解質（LLZO）的全固態電池，能量密度僅達272Wh/kg，與現行鋰離子電池的250-270Wh/kg相比，提升幅度令人失望。

主導這項研究的WPI-AIMR研究員Eric Jianfeng Cheng直言：「即便在理想狀態下，LLZO基電池的效能提升也相當有限，更別說量產成本與技術門檻居高不下。」這項發表在《能源儲存材料》期刊的研究，可能迫使產業界重新思考技術路線。

研究團隊透過實際建模發現，就算使用超薄25微米LLZO陶瓷隔膜搭配高容量正極，整體表現仍與頂規鋰離子電池相差無幾。關鍵在於LLZO材料密度過高，不僅增加電池重量，更抵消了預期的能量優勢。雖然體積能量密度可達823Wh/L，但重量與成本問題使其商業化困難重重。

技術瓶頸還不只於此。LLZO的脆性特質使得製造無缺陷薄膜極具挑戰性，加上鋰枝晶與介面孔隙問題，都讓大規模生產雪上加霜。Cheng博士坦言：「從材料穩定性來看LLZO確實出色，但機械限制與重量劣勢成為難以跨越的商業化障礙。」

研究團隊建議轉向混合式解決方案，例如將LLZO與聚合物結合的複合電解質，既能保持高離子導電率，又可改善柔韌性與加工效能。另一種「準固態」設計則是在LLZO中新增少量液態電解質，實測顯示這種混合架構能顯著提升長期穩定性。

「與其執著於全陶瓷固態電池，不如重新思考技術路線。」Cheng強調：「透過LLZO與凝膠電解質的複合設計，我們能在維持高效能的同時，有效改善加工性與重量問題。」這項研究可能促使電池產業加速轉向更務實的混合式技術路線。