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中國科學家取得全固態鋰電池研究新突破

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2024-08-01 10:12 | 稿件來源:香港新聞網

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香港新聞網8月1日電 據“中國科學院青島能源所”公眾號7月31日消息,近日,青島能源所開發了均質化正極材料,實現全固態鋰電池重要突破。

全固態鋰電池通常採用包含了電極活性材料、導電子和導離子助劑的複合電極。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多種界面問題,嚴重惡化電池能量密度和使用壽命。

青島能源所固態能源系統技術中心在崔光磊研究員帶領下,由鞠江偉、崔龍飛、張舒博士等開創性設計出均質化正極材料,顛覆了全固態鋰電池複合正極的範式,從根本上解決了上述難題,製備出兼具高能量密度和長循環壽命的全固態鋰電池。

研究團隊通過調控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Li1.75Ti2(Ge0.25P0.75S3.8Se0.2)3。該材料的離子和電子電導率高於傳統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生1.2%的體積形變,低於傳統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構的穩定性。以100%活性材料構築的全固態鋰電池在5000圈循環後保持初始容量的80%,其390 Wh/kg的高能量密度是目前所報道長循環全固態鋰電池的1.3倍。

複合正極和均質化正極在充電過程中微觀結構演變示意圖

該均質化正極策略將有助力於全固態鋰電池的快速商業化,對開發高能量密度、長使用壽命的儲能設備,發展新型生產力,加快中國建設新型能源體系具有里程碑式的意義。

相關研究成果以“A cathode homogenization strategy for enabling long-cycle-life all-solid-state lithium batteries”為題發表在能源、材料類頂級期刊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。(完)

【編輯:丘志彬】

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