中国科学院青岛能源所开发出均质化正极策略 实现全固态锂电池重要突破

盖世汽车讯 据外媒报道，中国科学院青岛生物能源与过程研究所（QIBEBT）的研究人员与国际领先机构的合作者共同开发出创新的全固态锂电池（ASLB）均质化正极策略。研究人员在7月31日发表在期刊《自然能源》（Nature Energy）的论文中详细介绍了这一方法。该方法可显著改善ASLB的生命周期和能量密度，标志着储能技术的重大进展。

图片来源：QIBEBT

ASLB目前面临的问题是异质复合正极需要电化学惰性添加剂来增强导电性。这些导电助剂虽然是必要的，但它们与层状氧化物正极不相容，因此会降低电池的能量密度和循环寿命，而层状氧化物正极在工作过程中会发生巨大的体积形变。

因此，研究人员开发出一种解决方案：利用零应变材料Li_1.75Ti₂(Ge_0.25P_0.75S_3.8Se_0.2)₃（LTG_0.25PSSe_0.2）的均质化正极策略。这种材料具有出色的混合离子和电子导电性，可确保在整个充电（放电）过程中实现高效的电荷传输，而无需额外的导电助剂。

LTG_0.25PSSe_0.2材料表现出优异的性能指标，具有250mAh g–1的比容量和仅1.2%的最小体积形变。完全由LTG_0.25PSSe_0.2制成的均质正极可使室温ASLB实现超过20000次稳定循环和390Wh kg−1的电池级高能量密度。

该研究的共同第一作者、来自QIBEBT固体能源系统技术中心（SERGY）的崔龙飞博士表示：“我们的正极均质化策略挑战了传统的异质正极设计。通过消除对惰性添加剂的需求，我们改善了ASLB的能量密度和循环寿命。”

该研究的共同第一作者、来自SERGY的张舒博士表示：“这种方法彻底改变了ASLB。高能量密度和更长循环寿命的结合为未来的储能开辟了新的可能性。”

该研究的通讯作者、来自SERGY的鞠江伟教授补充道：“这种材料出色的稳定性和性能指标使其成为电动汽车和大规模储能系统商业应用的有力候选材料。”

这一进展得到了大量测试和理论计算的支持。这些分析证实了均质正极的电化学和机械稳定性，表明在长时间循环后没有出现不良化学反应或电阻显著增加的现象。

除了ASLB，固态钠电池、锂离子电池、锂硫电池、钠离子电池和燃料电池等也面临着异质电极的挑战。这些系统经常受到机械化学和电化学不相容的影响，从而造成严重的瓶颈并降低电池的整体性能。

SERGY负责人崔光磊教授补充道：“高能量密度ASLB的商业化潜力现在更容易实现了。我们设计多功能均质化正极的通用策略可以克服储能领域的能量、功率和寿命障碍，为现实世界的应用铺平道路。”

通过解决ASLB的关键挑战，该策略为未来储能技术的创新奠定了基础。该研究团队计划进一步探索LTG_0.25PSSe_0.2材料的可扩展性及其与实际电池系统集成的可行性。这项研究是电池技术的一个重要里程碑，为未来的发展开辟了广阔的前景。该研究团队的创新方法有望影响储能领域的未来研发，为下一代高性能电池奠定坚实的基础。