中新網(wǎng)合肥3月17日電 (記者 吳蘭)記者16日從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校馬騁教授提出了一種關(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。
3月14日，研究成果發(fā)表于國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《自然-通訊》(Nature Communications)。
電池技術(shù)是新能源車、儲(chǔ)能等關(guān)鍵“雙碳”技術(shù)的核心。全固態(tài)鋰電池由于采用了不可燃的無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)替代有機(jī)液態(tài)電解質(zhì)，因此相比較目前商業(yè)化鋰離子電池，它具有更高的安全性和更大的能量密度提升空間，成為下一代鋰電池的研究焦點(diǎn)。
為了充分發(fā)揮全固態(tài)電池的性能，其正極材料至少需要滿足兩個(gè)條件：優(yōu)秀的離子電導(dǎo)率、良好的可變形性。但是，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(shí)現(xiàn)：它們都是不易變形的脆性材料，并且離子電導(dǎo)率普遍偏低。
此次研究中，馬騁課題組采用非常規(guī)的材料設(shè)計(jì)思路，選擇氯化物，而非氧化物，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，只要經(jīng)過冷壓即可達(dá)到86.1%以上的相對(duì)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)遠(yuǎn)超過了氧化物正極材料，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。
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(shí)現(xiàn)相當(dāng)高效的離子傳輸，因此可以實(shí)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，研究者成功地在氯化鈦鋰復(fù)合物正極中實(shí)現(xiàn)了95%質(zhì)量比的活性物質(zhì)載量，大幅超過了磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、高鎳三元材料等氧化物正極所能達(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：它在1小時(shí)完成充電或放電的速率下，在室溫實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)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。
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