采用不可燃無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)的全固態(tài)鋰電池可以滿足對(duì)高安全性儲(chǔ)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(dǎo)電子和導(dǎo)離子助劑的復(fù)合電極。不同組分之間在化學(xué)、電化學(xué)和力學(xué)等性能上難以完美匹配從而誘發(fā)多種界面問題，嚴(yán)重惡化電池能量密度和使用壽命。

近日，青島能源所固態(tài)能源系統(tǒng)技術(shù)中心在崔光磊研究員帶領(lǐng)下，由鞠江偉、崔龍飛、張舒博士等開創(chuàng)性設(shè)計(jì)出均質(zhì)化正極材料，顛覆了全固態(tài)鋰電池復(fù)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(huán)壽命的全固態(tài)鋰電池。

研究團(tuán)隊(duì)通過調(diào)控LiTi2(PS4)3的電導(dǎo)率和充放電容量，成功合成出兼具高離子電導(dǎo)率（0.2 mS cm⁻¹）、高電子電導(dǎo)率（225 mS cm⁻¹）和高放電比容量（250 mA h g−1）的Li1.75Ti2(Ge0.25P0.75S3.8Se0.2)3。該材料的離子和電子電導(dǎo)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(shí)，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(dǎo)率可確保正極在不添加導(dǎo)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。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(bào)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(duì)開發(fā)高能量密度、長使用壽命的儲(chǔ)能設(shè)備，發(fā)展新型生產(chǎn)力，加快我國建設(shè)新型能源體系具有里程碑式的意義。

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圖1.復(fù)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

相關(guān)研究成果以“A cathode homogenization strategy for enabling long-cycle-life all-solid-state lithium batteries”為題發(fā)表在能源、材料類頂級(jí)期刊Nature Energy上，青島能源所崔龍飛和張舒為共同第一作者，崔光磊、鞠江偉為論文通訊作者。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41560-024-01596-6