8月21日，頂級學術(shù)期刊《Matter》刊登中國科學技術(shù)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(tài)鋰電池中電極材料和固態(tài)電解質(zhì)接觸差這一關(guān)鍵問題，合成出的固態(tài)復合物電極展現(xiàn)出優(yōu)異的容量和倍率性能。
當前主流鋰電池使用液態(tài)電解質(zhì)，存在起火等安全隱患，且特定體積內(nèi)能夠儲存的能量有限，但能解決這些問題的下一代固態(tài)鋰電池仍存在很多尚未攻克的難題。用固態(tài)電解質(zhì)替換傳統(tǒng)鋰離子電池中的有機液態(tài)電解質(zhì)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(tài)物質(zhì)，由于兩種固態(tài)物質(zhì)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(tài)電解質(zhì)的電池難以實現(xiàn)良好的電極-電解質(zhì)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(jīng)典鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的固態(tài)電解質(zhì)中的雜質(zhì)相進行原子級觀測，雖然雜質(zhì)和固態(tài)電解質(zhì)結(jié)構(gòu)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(jīng)過一系列細致的結(jié)構(gòu)和化學分析，研究者發(fā)現(xiàn)這一雜質(zhì)相和高容量的富鋰層狀物電極結(jié)構(gòu)相同。
利用觀察結(jié)果，研究者將成分和鈣鈦礦固態(tài)電解質(zhì)相同的非晶粉末在富鋰層狀物顆粒的表面做成結(jié)晶，成功地在新復合物電極中實現(xiàn)兩種固態(tài)材料間充分、緊密的接觸。解決了電極-電解質(zhì)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(fā)現(xiàn)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(tài)電解質(zhì)和層狀電極。
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