中國科學技術大學教授馬騁提出了一種關于全固態電池正極材料的新型技術路線，可以大幅提升復合物正極中的活性物質載量，從而更充分地發揮出全固態鋰電池在能量密度上的潛力。相關研究成果近日發表于《自然-通訊》。
全固態鋰電池由于用不可燃的無機固態電解質替代了有機液態電解質，因此相較目前商業化鋰離子電池而言，具有更高的安全性和更大的能量密度提升空間。
為了充分發揮全固態電池性能，其正極材料至少需要滿足兩個條件——優秀的離子電導率、良好的可變形性。但這兩點很難在目前商業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。
此次研究中，馬騁課題組采用非常規材料設計思路，選擇氯化物構筑了一種全固態鋰電池的新型正極材料——氯化鈦鋰。研究發現，氯化鈦鋰極為柔軟，經過冷壓即可達到86.1%以上的相對密度，而且它的室溫離子電導率高達1.04毫西門子每厘米，遠超氧化物正極材料，甚至與電池中主要負責離子傳輸的固態電解質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可以大幅提升復合物正極中的活性物質載量。
也就是說，由氯化鈦鋰組成的復合物正極不需要包含太多固態電解質，就可以實現相當高效的離子傳輸，因此可以實現很高的活性物質載量。在確保良好循環性能的前提下，研究人員成功在氯化鈦鋰復合物正極中實現了95%質量比的活性物質載量，大幅超過了氧化物正極所能達到的極限（通常在70%至80%質量比）。
此外，活性物質載量如此之高的氯化鈦鋰復合物正極還展示了相當優異的循環性能，在1小時完成充電或放電的速率下，它在室溫下實現了長達2500圈的穩定循環。
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，是全固態鋰電池中非常有前途的正極“候選者”，能夠進一步釋放全固態電池在能量密度方面的潛力。
參考資料：中國科學報?
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-023-37122-7?
原文始發于微信公眾號（鋰電產業通）：新路線進一步釋放全固態鋰電池潛力
