7月31日，Nature Energy（自然能源）期刊發(fā)表了中科院青島生物能源與過程研究所（青島能源所）最新成果，該所固態(tài)能源系統(tǒng)技術中心崔光磊研究員科研團隊開創(chuàng)性設計出均質(zhì)化正極材料，顛覆了全固態(tài)鋰電池復合正極的范式，從根本上解決了上述難題，制備出兼具高能量密度和長循環(huán)壽命的全固態(tài)鋰電池。

論文地址：https://www.nature.com/articles/s41560-024-01596-6

復合正極和均質(zhì)化正極在充電過程中微觀結(jié)構(gòu)演變示意圖（青島能源所）

全固態(tài)鋰電池通常采用異質(zhì)復合正極，其中引入導電添加劑以改善混合導電。這些電化學上不活躍的添加劑與體積變化大的層狀氧化物正極不完全兼容，大大降低了電池的能量密度和循環(huán)壽命。

青島能源所科研團隊提出了一種正極均質(zhì)化策略，通過冷壓一種在整個放電過程中具有高效混合導電的零應變正極材料LiTi₂(PS₄)₃，制備出兼具高離子電導率（0.2 mS cm^?1）、高電子電導率（225 mS cm^?1）和高放電比容量（250 mA h g^?1）的Li_1.75Ti₂(Ge_0.25P_0.75S_3.8Se_0.2)₃材料——它的離子和電子電導率高于傳統(tǒng)層狀氧化物正極材料1000倍以上，比容量超過目前的高鎳正極材料。同時，該材料在充放電過程中僅發(fā)生1.2%的體積形變，低于傳統(tǒng)層狀氧化物正極材料的50%。高的電導率可確保正極在不添加導電助劑的情況下正常充放電，低的體積形變保證了電池在充放電過程中結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。以100%活性材料構(gòu)筑的全固態(tài)鋰電池在5000圈循環(huán)后保持初始容量的80%，其390 Wh/kg的高能量密度是目前所報道長循環(huán)全固態(tài)鋰電池的1.3倍。

這種正極均質(zhì)化策略與傳統(tǒng)的正極異質(zhì)設計形成對比，有可能提高全固態(tài)鋰電池在商業(yè)應用的可行性，對開發(fā)高能量密度、長使用壽命的儲能設備，發(fā)展新型生產(chǎn)力，加快我國建設新型能源體系具有里程碑式的意義。青島能源所崔龍飛和張舒為共同第一作者，崔光磊、鞠江偉為論文通訊作者。

編譯整理 YUXI