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中國科學院青島能源所科學家取得全固態鋰電池研究新突破

文章來源：IT之家更新時間：2024-08-01 13:58:52

IT之家 7 月 31 日消息，采用不可燃無機固態電解質的全固態鋰電池可以滿足對高安全性儲能系統日益增長的需求。

全固態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多種界面問題，嚴重惡化電池能量密度和使用壽命。

對此，中國科學院青島生物能源與過程研究所固態能源系統技術中心在崔光磊研究員帶領下，由鞠江偉、崔龍飛、張舒博士等開創性設計出了一種新的均質化正極材料 ——Li1.75Ti2(Ge0.25P0.75S3.8Se0.2)3，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）。

與傳統材料相比，這種材料具有高電導率、高能量密度、長使用壽命等優勢，顛覆了全固態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壽命的全固態鋰電池。

▲ 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

這一突破有望讓電子設備小型化、長續航的夢想成為現實，相關研究成果已于 7 月 31 日發表在國際學術期刊《自然 — 能源》上（IT之家附 DOI:10.1038/s41560-024-01596-6）。

該材料的離子和電子電導率高于傳統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生 1.2% 的體積形變，低于傳統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定性。以 100% 活性材料構筑的全固態鋰電池在 5000 圈循環后保持初始容量的 80%，其 390 Wh/kg 的高能量密度是目前所報道長循環全固態鋰電池的 1.3 倍。

官方指出，這項研究對開發高能量密度、長使用壽命的儲能設備，為新能源汽車、儲能電網、深海深空裝備等提供安全、耐久的動力源提供了技術支撐，對開發新型儲能體系等具有重要意義。

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