采用不可燃無機固態(tài)電解質(zhì)的全固態(tài)鋰電池可以滿足對高安全性儲能系統(tǒng)日益增長的需求。全固態(tài)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(fā)多種界面問題，嚴重惡化電池能量密度和使用壽命。

近日，中國科學院青島生物能源與過程研究所固態(tài)能源系統(tǒng)技術(shù)中心在研究員崔光磊帶領下，由鞠江偉、崔龍飛、張舒等開創(chuàng)性設計出均質(zhì)化正極材料，顛覆了全固態(tài)鋰電池復合正極的范式，解決了上述難題，在實驗中制備出兼具高能量密度和長循環(huán)壽命的全固態(tài)鋰電池。

研究團隊通過調(diào)控LiTi₂(PS₄)₃的電導率和充放電容量，成功合成出兼具高離子電導率（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）的Li_1.75Ti₂(Ge_0.25P_0.75S_3.8Se_0.2)₃。該材料的離子和電子電導率高于傳統(tǒng)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(fā)生1.2%的體積形變，低于傳統(tǒng)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(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn)，以100%活性材料構(gòu)筑的全固態(tài)鋰電池在5000圈循環(huán)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(huán)全固態(tài)鋰電池的1.3倍。

該均質(zhì)化正極策略將有助力于全固態(tài)鋰電池的快速商業(yè)化，對開發(fā)高能量密度、長使用壽命的儲能設備具有重要意義。

7月31日，相關研究成果以A cathode homogenization strategy for enabling long-cycle-life all-solid-state lithium batteries為題，發(fā)表在《自然-能源》（Nature Energy）上。

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復合正極和均質(zhì)化正極在充電過程中微觀結(jié)構(gòu)演變示意圖