環(huán)球微資訊！新型正極技術(shù)路線(xiàn)進(jìn)一步釋放全固態(tài)鋰電池潛力

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記者15日從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)了解到，該校馬騁教授提出了一種新的關(guān)于正極材料的技術(shù)路線(xiàn)，可以更充分地發(fā)揮全固態(tài)電池的潛力。該成果于3月14日發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》上。

全固態(tài)鋰電池是將易燃的有機(jī)液態(tài)電解質(zhì)替換為不可燃的無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)，但繼續(xù)使用鋰離子電池常見(jiàn)正、負(fù)極材料的新型電池。在過(guò)去幾十年中，關(guān)于正極的研究一度聚焦于鈷酸鋰、磷酸鐵鋰等氧化物。對(duì)全固態(tài)鋰電池而言，氧化物卻有諸多不足。首先，氧化物正極材料大多具備較低的離子電導(dǎo)率，大幅降低了電池的能量密度。其次，氧化物多為脆性材料，在循環(huán)時(shí)容易產(chǎn)生裂紋，而在全固態(tài)電池中鋰離子傳輸將受阻于裂紋，導(dǎo)致電池的循環(huán)壽命降低。氯化物在過(guò)去幾年間作為高性能固態(tài)電解質(zhì)吸引了研究者的大量關(guān)注，但由于此類(lèi)材料易溶于液態(tài)電解質(zhì)，無(wú)法充當(dāng)商業(yè)化鋰離子電池的正極，因此一直未被當(dāng)作正極材料進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)、深入的探索。

研究人員采用非常規(guī)的材料設(shè)計(jì)思路，考慮到不使用液態(tài)電解質(zhì)的全固態(tài)電池可以自然規(guī)避上述溶解問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)大膽聚焦氯化物材料，設(shè)計(jì)了一種新型正極氯化鈦鋰。由于氯化鈦鋰極為柔軟，只要經(jīng)過(guò)冷壓即可達(dá)到86.1%以上的相對(duì)密度，具有較高室溫離子電導(dǎo)率，從而也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了氧化物正極材料。所以，由氯化鈦鋰組成的復(fù)合物正極不需要包含額外的固態(tài)電解質(zhì)即可實(shí)現(xiàn)相當(dāng)高效的離子傳輸，而其良好的可變形性也有助于實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)的循環(huán)壽命。

中國(guó)科大供圖

最后研究表明，基于氯化鈦鋰的復(fù)合物正極在活性物質(zhì)質(zhì)量比高達(dá)95%的情況下，仍然能以1小時(shí)完成充/放電的速率，在室溫實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)2500圈的穩(wěn)定循環(huán)。相比之下，氧化物正極由于需要和相當(dāng)比例的固態(tài)電解質(zhì)共存才能在整體上實(shí)現(xiàn)較為高效的離子傳輸效率，其復(fù)合物正極中活性物質(zhì)的質(zhì)量比通常只有70%-80%，遠(yuǎn)低于氯化鈦鋰所能達(dá)到的95%。因此，以氯化鈦鋰為代表的氯化物正極，將進(jìn)一步釋放全固態(tài)電池在能量密度方面的潛力。

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