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循環超2萬次!崔光磊/鞠江偉,最新Nature Energy!

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全固態鋰電池通常采用異質復合正極,其中引入導電添加劑以改善混合導電。這些電化學惰性添加劑與經歷大體積變化的層狀氧化物正極不完全相容,從而顯著降低了電池能量密度和循環壽命。

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圖1 復合正極和均質化正極在充電過程中微觀結構演變示意圖

基于此,中國科學院青島能源所崔光磊、鞠江偉在能源、材料類頂級期刊Nature Energy上發表題為《A cathode homogenization strategy for enabling long-cycle-life all-solid-state lithium batteries》的研究論文。
在此,作者提出了一種正極均質化策略,通過冷壓零應變正極材料,在整個充電(放電)過程中實現高效的混合傳導。

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圖2?LTG0.25PSSe0.2的鋰離子提取/插入過程中的結構和電導率演變

Li1.75Ti2(Ge0.25P0.75S3.8Se0.2)3在完全充電時具有相當大的Li+/電子電導率,為0.22/242?mS?cm?1,在完全放電時,這一數值單調增加到0.66/412?mS?cm?1。它的比容量為250 mAh g-1,體積變化率為1.2%。

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圖3?LTG0.25PSSe0.2的長循環穩定性和鋰化動力學
由100% Li1.75Ti2(Ge0.25P0.75S3.8Se0.2)3組成的均質正極使室溫全固態鋰電池在2.5C下的循環壽命超過20000次,比容量保持率為70%,在0.1C下的電池級能量密度高達390 Wh kg-1。
這種正極均質化策略與常規的正極異質設計形成對比,有可能提高全固態鋰電池在商業應用中的可行性。
文獻信息:Cui, L., Zhang, S., Ju, J. et al. A cathode homogenization strategy for enabling long-cycle-life all-solid-state lithium batteries. Nat Energy (2024).

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