中國科大提出一種新型技術路線充分釋放全固態鋰電池

16日從中國科學技術大學獲悉，該校馬騁教授提出了一種關于全固態電池正極材料的新型技術路線，可以大幅提升復合物正極中的活性物質載量，從而更充分地發揮出全固態鋰電池在能量密度上的潛力。

3月14日，研究成果發表于國際著名學術期刊《自然-通訊》(Nature Communications)。

　　電池技術是新能源車、儲能等關鍵“雙碳”技術的核心。全固態鋰電池由于采用了不可燃的無機固態電解質替代有機液態電解質，因此相比較目前商業化鋰離子電池，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。

　　為了充分發揮全固態電池的性能，其正極材料至少需要滿足兩個條件：優秀的離子電導率、良好的可變形性。但是，這兩點很難在目前商業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現：它們都是不易變形的脆性材料，并且離子電導率普遍偏低。

　　此次研究中，馬騁課題組采用非常規的材料設計思路，選擇氯化物，而非氧化物，構筑了一種全固態鋰電池的新型正極材料——氯化鈦鋰。

　　研究發現，氯化鈦鋰極為柔軟，只要經過冷壓即可達到86.1%以上的相對密度，而且它的室溫離子電導率高達1.04毫西門子每厘米，遠遠超過了氧化物正極材料，甚至與電池中主要負責離子傳輸的固態電解質材料相比也毫不遜色。

　　也就是說，由氯化鈦鋰組成的復合物正極不需要包含太多固態電解質，就可以實現相當高效的離子傳輸，因此可以實現很高的活性物質載量。在確保良好循環性能的前提下，研究者成功地在氯化鈦鋰復合物正極中實現了95%質量比的活性物質載量，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到的極限(通常在70%至80%質量比)。此外，活性物質載量如此之高的氯化鈦鋰復合物正極還展示了相當優異的循環性能：它在1小時完成充電或放電的速率下，在室溫實現了長達2500圈的穩定循環。

　　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，是全固態鋰電池中非常有前途的正極“候選者”，能夠進一步釋放全固態電池在能量密度方面的潛力。