均质化正极材料实现全固态锂电池重要突破

想象一下，如果你的手机电池不仅更安全、体积更小，而且充电一次可以用更久，那该多好！最近，科学家们在电池技术方面取得了一项重大突破，这可能会让这样的梦想成为现实。

你可能听说过手机、电脑和其他电子设备中使用的锂离子电池。这些电池通过液体电解质来储存和释放能量。但是，科学家们正在研究一种新型电池——全固态锂电池。这种电池使用固态电解质，而不是液体，这使得它们更安全，不会像液体电解质那样容易泄漏或起火。

虽然全固态锂电池听起来很理想，但它们在实际应用中遇到了一些问题，主要问题是电池正极内部的不同材料在化学和物理性质上很难完美匹配，比如电极材料和电解质等，这导致会产生多种界面问题，进而影响电池的能量密度和使用寿命。这就像让不同性格的人一起工作，他们可能会互相干扰，影响整个团队的表现。

为了解决这个问题，中国科学院青岛生物能源与过程研究所研究员崔光磊带领团队开发了一种新的材料——均质化正极材料Li1.75Ti2(Ge0.25P0.75S3.8Se0.2)3（锂钛锗磷硫硒）。

与传统材料相比，该材料具有五个突出优势。

一是该材料有高电导率。这种新材料兼具高离子电导率——0.2毫西门子/厘米）、高电子电导率——225毫西门子/厘米，比传统的层状氧化物正极电池材料高出1000倍以上。这意味着，即便不依赖导电助剂，正极也能顺畅地完成充放电过程，显著提升了电池的整体性能。

二是该材料有高放电比容量。新材料的放电比容量较高，达到250毫安时/每克，超过了目前使用的高镍正极材料。在相同的重量或体积下，新材料的电池能够存储更多的电能。不仅能够让电池在不频繁充电的情况下持续运行更长时间，提高续航能力；而且减小电池的体积，有助于设计更紧凑的设备。

三是该材料具低体积变化。在充放电过程中，新材料的体积变化仅为1.2%，远低于传统的层状氧化物正极材料的50%。这种微小的体积变化有助于维持电池结构的稳定性，从而延长电池的使用寿命。

四是该材料有高能量密度。使用这种新材料的全固态锂电池，其能量密度达到390瓦时每千克，是目前所报道长循环全固态锂电池的1.3倍。

五是该材料有长使用寿命。使用该材料的全固态锂电池可以实现大于10000圈的超长循环，电池在经过5000次循环充电后，仍能保持80%的初始容量。能够更长时间提供更充足的电量。

日前，该成果在国际学术期刊《自然能源》（Nature Energy）发表。这项研究不仅提升了电池的性能，还为全固态锂电池的商业化铺平了道路。对开发高能量密度、长使用寿命的储能设备，加快我国建设新型能源体系具有里程碑式的意义。

复合正极和均质化正极在充电过程中微观结构演变示意图   青岛能源所供图