我國科學家取得全固態(tài)鋰電池研究新突破

采用不可燃無機固態(tài)電解質的全固態(tài)鋰電池可以滿足對高安全性儲能系統(tǒng)日益增長的需求。全固態(tài)鋰電池通常采用包含了電極活性材料、導電子和導離子助劑的復合電極。不同組分之間在化學、電化學和力學等性能上難以完美匹配從而誘發(fā)多種界面問題，嚴重惡化電池能量密度和使用壽命。

近日，青島能源所固態(tài)能源系統(tǒng)技術中心在崔光磊研究員帶領下，由鞠江偉、崔龍飛、張舒博士等開創(chuàng)性設計出均質化正極材料，顛覆了全固態(tài)鋰電池復合正極的范式，從根本上解決了上述難題，制備出兼具高能量密度和長循環(huán)壽命的全固態(tài)鋰電池。

研究團隊通過調控LiTi2(PS4)3的電導率和充放電容量，成功合成出兼具高離子電導率（0.2 mS cm⁻¹）、高電子電導率（225 mS cm⁻¹）和高放電比容量（250 mA h g−1）的Li1.75Ti2(Ge0.25P0.75S3.8Se0.2)3。該材料的離子和電子電導率高于傳統(tǒng)層狀氧化物正極材料1000倍以上，比容量超過目前的高鎳正極材料。同時，該材料在充放電過程中僅發(fā)生1.2%的體積形變，低于傳統(tǒng)層狀氧化物正極材料的50%。高的電導率可確保正極在不添加導電助劑的情況下正常充放電，低的體積形變保證了電池在充放電過程中結構的穩(wěn)定性。以100%活性材料構筑的全固態(tài)鋰電池在5000圈循環(huán)后保持初始容量的80%，其390 Wh/kg的高能量密度是目前所報道長循環(huán)全固態(tài)鋰電池的1.3倍。該均質化正極策略將有助力于全固態(tài)鋰電池的快速商業(yè)化，對開發(fā)高能量密度、長使用壽命的儲能設備，發(fā)展新型生產力，加快我國建設新型能源體系具有里程碑式的意義。

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圖1.復合正極和均質化正極在充電過程中微觀結構演變示意圖

相關研究成果以“A cathode homogenization strategy for enabling long-cycle-life all-solid-state lithium batteries”為題發(fā)表在能源、材料類頂級期刊Nature Energy上，青島能源所崔龍飛和張舒為共同第一作者，崔光磊、鞠江偉為論文通訊作者。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41560-024-01596-6