新型正极技术路线进一步释放全固态锂电池潜力

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记者15日从中国科学技术大学了解到，该校马骋教授提出了一种新的关于正极材料的技术路线，可以更充分地发挥全固态电池的潜力。该成果于3月14日发表在国际学术期刊《自然·通讯》上。

全固态锂电池是将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。对全固态锂电池而言，氧化物却有诸多不足。首先，氧化物正极材料大多具备较低的离子电导率，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，而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。氯化物在过去几年间作为高性能固态电解质吸引了研究者的大量关注，但由于此类材料易溶于液态电解质，无法充当商业化锂离子电池的正极，因此一直未被当作正极材料进行过系统、深入的探索。

研究人员采用非常规的材料设计思路，考虑到不使用液态电解质的全固态电池可以自然规避上述溶解问题，研究团队大胆聚焦氯化物材料，设计了一种新型正极氯化钛锂。由于氯化钛锂极为柔软，只要经过冷压即可达到86.1%以上的相对密度，具有较高室温离子电导率，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。

最后研究表明，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%，远低于氯化钛锂所能达到的95%。因此，以氯化钛锂为代表的氯化物正极，将进一步释放全固态电池在能量密度方面的潜力。