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新路線進(jìn)一步釋放全固態(tài)鋰電池潛力
日期:2023-03-31   [復(fù)制鏈接]
責(zé)任編輯:sy_miaowanying 打印收藏評(píng)論(0)[訂閱到郵箱]
中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授馬騁提出了一種關(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。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《自然-通訊》。

全固態(tài)鋰電池由于用不可燃的無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)替代了有機(jī)液態(tài)電解質(zhì),因此相較目前商業(yè)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(fā)揮全固態(tài)電池性能,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)。

此次研究中,馬騁課題組采用非常規(guī)材料設(shè)計(jì)思路,選擇氯化物構(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,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)超氧化物正極材料,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,研究人員成功在氯化鈦鋰復(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,在1小時(shí)完成充電或放電的速率下,它在室溫下實(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。

原標(biāo)題:新路線進(jìn)一步釋放全固態(tài)鋰電池潛力
 
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來源:中國(guó)科學(xué)報(bào)
 
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