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下一代固態鋰離子電池研究獲重大突破

鉅大LARGE  |  點擊量：782次  |  2020年04月16日  

8月21日，頂級學術期刊《Matter》刊登中國科學技術大學的馬騁教授和他的合作者最新成果。該成果提出一種新策略，可以有效解決下一代固態鋰電池中電極材料和固態電解質接觸差這一關鍵問題，合成出的固態復合物電極展現出優異的容量和倍率性能。


當前主流鋰電池使用液態電解質，存在起火等安全隱患，且特定體積內能夠儲存的能量有限，但能解決這些問題的下一代固態鋰電池仍存在很多尚未攻克的難題。用固態電解質替換傳統鋰離子電池中的有機液態電解質可以極大緩解安全問題，且有望突破能量密度的玻璃天花板。然而，主流電極材料也是固態物質，由于兩種固態物質之間的接觸幾乎不可能像固-液接觸那樣充分，目前使用固態電解質的電池難以實現良好的電極-電解質接觸，電池整體性能也并不令人滿意。


馬騁團隊及其合作者通過對一種經典鈣鈦礦結構的固態電解質中的雜質相進行原子級觀測，雖然雜質和固態電解質結構迥異，研究者卻觀察到他們的原子在界面處能以相互外延的形式排布。經過一系列細致的結構和化學分析，研究者發現這一雜質相和高容量的富鋰層狀物電極結構相同。


利用觀察結果，研究者將成分和鈣鈦礦固態電解質相同的非晶粉末在富鋰層狀物顆粒的表面做成結晶，成功地在新復合物電極中實現兩種固態材料間充分、緊密的接觸。解決了電極-電解質接觸問題，這種固-固復合物電極的倍率性能可以和固-液復合物電極相媲美。更重要的是，研究者還發現這種外延的固-固接觸可以容忍很大的晶格錯配，因此他們提出的策略可適用于多種鈣鈦礦固態電解質和層狀電極。（記者陳華）


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