復合正極和均質化正極在充電過程中微觀結構演變示意圖
采用不可燃無機固態電解質的全固態鋰電池可以滿足對高安全性儲能系統日益增長的需求。全固態鋰電池通常采用包含了電極活性材料、導電子和導離子助劑的復合電極。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。
近日，中國科學院青島生物能源與過程研究所固態能源系統技術中心在研究員崔光磊帶領下，由鞠江偉、崔龍飛、張舒等開創性設計出均質化正極材料，顛覆了全固態鋰電池復合正極的范式，解決了上述難題，在實驗中制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于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，低于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。研究發現，以100%活性材料構筑的全固態鋰電池在5000圈循環后保持初始容量的80%，其390Wh/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。
該均質化正極策略將有助力于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具有重要意義。
7月31日，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《自然-能源》（Nature Energy）上。
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