中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授馬騁提出了一種關(guān)于全固態(tài)電池正極材料的新型技術(shù)路線，可以大幅提升復(fù)合物正極中的活性物質(zhì)載量，從而更充分地發(fā)揮出全固態(tài)鋰電池在能量密度上的潛力。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《自然-通訊》。
全固態(tài)鋰電池由于用不可燃的無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)替代了有機(jī)液態(tài)電解質(zhì)，因此相較目前商業(yè)化鋰離子電池而言，具有更高的安全性和更大的能量密度提升空間。
為了充分發(fā)揮全固態(tài)電池性能，其正極材料至少需要滿足兩個條件——優(yōu)秀的離子電導(dǎo)率、良好的可變形性。但這兩點(diǎn)很難在目前商業(yè)化鋰離子電池所使用的鈷酸鋰、磷酸鐵鋰等氧化物材料中實現(xiàn)。
此次研究中，馬騁課題組采用非常規(guī)材料設(shè)計思路，選擇氯化物構(gòu)筑了一種全固態(tài)鋰電池的新型正極材料——氯化鈦鋰。研究發(fā)現(xiàn)，氯化鈦鋰極為柔軟，經(jīng)過冷壓即可達(dá)到86.1%以上的相對密度，而且它的室溫離子電導(dǎo)率高達(dá)1.04毫西門子每厘米，遠(yuǎn)超氧化物正極材料，甚至與電池中主要負(fù)責(zé)離子傳輸?shù)墓虘B(tài)電解質(zhì)材料相比也毫不遜色。
圖：以氯化物取代氧化物作為正極活性物質(zhì)可以大幅提升復(fù)合物正極中的活性物質(zhì)載量。
也就是說，由氯化鈦鋰組成的復(fù)合物正極不需要包含太多固態(tài)電解質(zhì)，就可以實現(xiàn)相當(dāng)高效的離子傳輸，因此可以實現(xiàn)很高的活性物質(zhì)載量。在確保良好循環(huán)性能的前提下，研究人員成功在氯化鈦鋰復(fù)合物正極中實現(xiàn)了95%質(zhì)量比的活性物質(zhì)載量，大幅超過了氧化物正極所能達(dá)到的極限（通常在70%至80%質(zhì)量比）。
此外，活性物質(zhì)載量如此之高的氯化鈦鋰復(fù)合物正極還展示了相當(dāng)優(yōu)異的循環(huán)性能，在1小時完成充電或放電的速率下，它在室溫下實現(xiàn)了長達(dá)2500圈的穩(wěn)定循環(huán)。
這些性能表明，幾乎未被探索的、以氯化鈦鋰為代表的氯化物正極材料，是全固態(tài)鋰電池中非常有前途的正極“候選者”，能夠進(jìn)一步釋放全固態(tài)電池在能量密度方面的潛力。
參考資料：中國科學(xué)報?
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-023-37122-7?
原文始發(fā)于微信公眾號（鋰電產(chǎn)業(yè)通）：新路線進(jìn)一步釋放全固態(tài)鋰電池潛力
