均質化正極材料實現全固態鋰電池重要突破

想象一下，如果你的手機電池不僅更安全、體積更小，而且充電一次可以用更久，那該多好！最近，科學家們在電池技術方面取得了一項重大突破，這可能會讓這樣的夢想成為現實。

你可能聽說過手機、電腦和其他電子設備中使用的鋰離子電池。這些電池通過液體電解質來儲存和釋放能量。但是，科學家們正在研究一種新型電池——全固態鋰電池。這種電池使用固態電解質，而不是液體，這使得它們更安全，不會像液體電解質那樣容易泄漏或起火。

雖然全固態鋰電池聽起來很理想，但它們在實際應用中遇到了一些問題，主要問題是電池正極內部的不同材料在化學和物理性質上很難完美匹配，比如電極材料和電解質等，這導致會產生多種界面問題，進而影響電池的能量密度和使用壽命。這就像讓不同性格的人一起工作，他們可能會互相干擾，影響整個團隊的表現。

為了解決這個問題，中國科學院青島生物能源與過程研究所研究員崔光磊帶領團隊開發了一種新的材料——均質化正極材料Li1.75Ti2(Ge0.25P0.75S3.8Se0.2)3（鋰鈦鍺磷硫硒）。

與傳統材料相比，該材料具有五個突出優勢。

一是該材料有高電導率。這種新材料兼具高離子電導率——0.2毫西門子/厘米）、高電子電導率——225毫西門子/厘米，比傳統的層狀氧化物正極電池材料高出1000倍以上。這意味著，即便不依賴導電助劑，正極也能順暢地完成充放電過程，顯著提升了電池的整體性能。

二是該材料有高放電比容量。新材料的放電比容量較高，達到250毫安時/每克，超過了目前使用的高鎳正極材料。在相同的重量或體積下，新材料的電池能夠存儲更多的電能。不僅能夠讓電池在不頻繁充電的情況下持續運行更長時間，提高續航能力；而且減小電池的體積，有助于設計更緊湊的設備。

三是該材料具低體積變化。在充放電過程中，新材料的體積變化僅為1.2%，遠低于傳統的層狀氧化物正極材料的50%。這種微小的體積變化有助于維持電池結構的穩定性，從而延長電池的使用壽命。

四是該材料有高能量密度。使用這種新材料的全固態鋰電池，其能量密度達到390瓦時每千克，是目前所報道長循環全固態鋰電池的1.3倍。

五是該材料有長使用壽命。使用該材料的全固態鋰電池可以實現大于10000圈的超長循環，電池在經過5000次循環充電后，仍能保持80%的初始容量。能夠更長時間提供更充足的電量。

日前，該成果在國際學術期刊《自然能源》（Nature Energy）發表。這項研究不僅提升了電池的性能，還為全固態鋰電池的商業化鋪平了道路。對開發高能量密度、長使用壽命的儲能設備，加快我國建設新型能源體系具有里程碑式的意義。

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   青島能源所供圖