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一种可以释放全固态锂电池潜力的新型技术路线

2023-03-17 15:00:27 综合报道 阅读:
EDN小编从中国科学技术大学官网获悉,3月14日,该校马骋教授提出了一种新的关于正极材料的技术路线,可以更充分的发挥全固态电池的潜力。该成果以“Li3TiCl6 as ionic conductive and compressible positive electrode active material for all-solid-state lithium-based batteries”为题发表在国际著名学术期刊《Nature Communications》上。

EDN小编从中国科学技术大学官网获悉,3月14日,该校马骋教授提出了一种新的关于正极材料的技术路线,可以更充分的发挥全固态电池的潜力。该成果以“Li3TiCl6 as ionic conductive and compressible positive electrode active material for all-solid-state lithium-based batteries”为题发表在国际著名学术期刊《Nature Communications》上。RN2ednc

3月30日,AspenCore将在上海举办国际集成电路展览会暨研讨会(IIC Shanghai 2023),同期举办的“第25届高效电源管理及宽禁带半导体技术应用论坛”,为大家提供一个高效交流的互动平台,欢迎感兴趣的朋友到场交流。点击这里报名RN2ednc

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电池技术是新能源车、储能等关键“双碳”技术的核心,而下一代电池的研究焦点,在于比起目前商业化锂离子电池具有更高安全性和更大能量密度提升空间的全固态锂电池。全固态锂电池通常被认为是将目前商业化锂离子电池中易燃的有机液态电解质替换为不可燃的无机固态电解质、但继续使用锂离子电池常见正、负极材料的新型电池。在过去几十年中,关于正极的研究一度聚焦于钴酸锂、磷酸铁锂等氧化物。RN2ednc

对全固态电池而言理想的正极材料需要至少具备两个条件,即优秀的离子电导率和良好的可变形性,而这两点都很难在氧化物材料中实现。首先,氧化物正极材料大多具备较低的离子电导率,因此由它们组成的复合物正极需要含有大量固态电解质才能实现令人满意的离子迁移效率,大幅降低了电池的能量密度。其次,氧化物多为脆性材料,在循环时容易产生裂纹。由于固态电解质不像商业化锂离子电池中的液态电解质那样能流动并填充这些裂纹,因此在全固态电池中锂离子传输将受阻于裂纹,导致电池的循环寿命降低。RN2ednc

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以氯化物取代氧化物作为正极活性物质RN2ednc

所以此次研究中,马骋课题组采用非常规的材料设计思路,选择氯化物,而非氧化物,构筑了一种全固态锂电池的新型正极材料——氯化钛锂。不同于脆性、难以变形的氧化物,氯化钛锂极为柔软,只要经过冷压即可达到86.1%以上的相对密度,而且它的室温离子电导率高达1.04 mS cm-1,超过相当一部分固态电解质,从而也远远超过了氧化物正极材料。所以,由氯化钛锂组成的复合物正极不需要包含额外的固态电解质即可实现相当高效的离子传输,而其良好的可变形性也有助于实现较长的循环寿命。RN2ednc

基于氯化钛锂的复合物正极在活性物质质量比高达95%的情况下,仍然能以1小时完成充/放电的速率在室温实现长达2500圈的稳定循环。相比之下,氧化物正极由于需要和相当比例的固态电解质共存才能在整体上实现较为高效的离子传输效率,其复合物正极中活性物质的质量比通常只有70-80%。因此,以氯化钛锂为代表的氯化物正极,是全固态锂电池中非常有前途的正极“候选者”,将能够进一步释放全固态电池在能量密度方面的潜力。RN2ednc

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