日本名古屋大学氟氧化物电解质电导率创16.3mS/cm纪录
日本名古屋大学材料设计与创新工程研究所（Institut für Materialdesign und Innovationsingenieurwesen, Universität Nagoya）副教授 Takeshi Yajima 团队揭示了氟氧化物固体电解质 LLNOF 的高电导机制，并通过改变材料中锂、镧和空位的比例，使该材料的体相锂离子电导率达到 16.3 毫西门子/厘米，成为迄今测得的氧化物基固体电解质最高值。
旅客办理乘机手续时都会被要求确认托运行李中没有便携式充电器或移动电源，原因在于这类设备所用的锂离子电池以易燃液体电解质在电极之间传输锂离子，电池一旦受损，液体电解质可能引发火灾。以固体电解质替代液体电解质是降低这类风险的研究方向之一，其难点在于提高离子电导率，也就是锂离子在固体电解质中迁移的顺畅程度。
目前一些高电导率固体电解质采用硫化物或氯化物材料，其电导率来自锂离子穿过材料时阴离子周围电子云的形变，但这类材料接触湿气会释放硫化氢、氯化氢等有毒气体。相比之下，氧化物和氟氧化物更坚固，作为电解质时电化学稳定性也更高，能承受充放电过程中反复出现的电压波动，只是电导率通常较低。Yajima 曾将这一矛盾概括为：氟氧化物更安全但电导率低，硫化物电导率高但存在危险。
2024 年，一种化学式为 Li₂–xLa(1+x)/3Nb₂O₆F 的氟氧化物晶体（简称 LLNOF）被发现，电导率达 7 毫西门子/厘米，可与液体电解质相当。这一结果当时无法用已知机制解释：LLNOF 中心氟离子周围的电子云并不像硫化物或氯化物那样容易变形。Yajima 团队随后自行生长高质量 LLNOF 单晶，他介绍这一环节耗时超过一年，晶体质量必须足够高才能进行结构分析。
团队采用布里奇曼法生长出毫米级 LLNOF 单晶，并通过单晶衍射确定了晶胞内原子的局部排列与再排列情况。结果显示，中心氟离子周围存在四个原子位点，呈四面体状排列，每个位点可容纳一个锂离子、一个镧原子或处于空位状态。每当锂离子跳入邻近空位，中心氟离子会略微朝锂离子原先所在的位置迁移，相当于做出一个“闪避”动作，从而降低锂离子跳跃所需跨越的能量势垒。与骨架保持刚性的氟氧化物相比，这种动态机制使 LLNOF 获得更高的锂离子电导率。
研究人员随后改变 LLNOF 中锂、镧和空位的相对比例（即化学式中的 x）来优化组分，发现 x 越小电导率越高，最终得到 16.3 毫西门子/厘米的体相锂离子电导率。这一结果已发表于《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）。Yajima 认为，这种不依赖高极化离子的机制可用于开发更高效的氧化物基固体电解质；此前业界普遍看法是硫化物基材料会因阴离子特性成为更好的导体，该机制对上述观点形成挑战。研究团队表示，这项结果使固态锂离子电池向实用化方向推进了一步。
