我国科学家取得全固态锂电池研究新突破

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我国科学家取得全固态锂电池研究新突破

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2024-07-31 22:16:44 字号：A- A A+ 来源：观察者网

“中国科学院青岛能源所”公众号31日消息，近日，青岛能源所开发了均质化正极材料，实现全固态锂电池重要突破。

全固态锂电池通常采用包含了电极活性材料、导电子和导离子助剂的复合电极。不同组分之间在化学、电化学和力学等性能上难以完美匹配从而诱发多种界面问题，严重恶化电池能量密度和使用寿命。

青岛能源所固态能源系统技术中心在崔光磊研究员带领下，由鞠江伟、崔龙飞、张舒博士等开创性设计出均质化正极材料，颠覆了全固态锂电池复合正极的范式，从根本上解决了上述难题，制备出兼具高能量密度和长循环寿命的全固态锂电池。

研究团队通过调控LiTi2(PS4)3的电导率和充放电容量，成功合成出兼具高离子电导率(0.2 mS cm−1)、高电子电导率（225 mS cm−1)和高放电比容量(250 mA h g−1)的Li1.75Ti2(Ge0.25P0.75S3.8Se0.2)3。该材料的离子和电子电导率高于传统层状氧化物正极材料1000倍以上，比容量超过目前的高镍正极材料。

同时，该材料在充放电过程中仅发生1.2%的体积形变，低于传统层状氧化物正极材料的50%。高的电导率可确保正极在不添加导电助剂的情况下正常充放电，低的体积形变保证了电池在充放电过程中结构的稳定性。以100%活性材料构筑的全固态锂电池在5000圈循环后保持初始容量的80%，其390 Wh/kg的高能量密度是目前所报道长循环全固态锂电池的1.3倍。

复合正极和均质化正极在充电过程中微观结构演变示意图

该均质化正极策略将有助力于全固态锂电池的快速商业化，对开发高能量密度、长使用寿命的储能设备，发展新型生产力，加快我国建设新型能源体系具有里程碑式的意义。

相关研究成果以“A cathode homogenization strategy for enabling long-cycle-life all-solid-state lithium batteries”为题发表在能源、材料类顶级期刊Nature Energy上，青岛能源所崔龙飞和张舒为共同第一作者，崔光磊、鞠江伟为论文通讯作者。
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