一代固態(tài)鋰電池研究取得重大突破

8月21日，頂級學(xué)術(shù)期刊《Matter》刊登中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)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(fù)合物電極展現(xiàn)出優(yōu)異的容量和倍率性能。

當(dāng)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(jī)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(shí)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(tuán)隊(duì)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(jìn)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(xì)致的結(jié)構(gòu)和化學(xué)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(fù)合物電極中實(shí)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(fù)合物電極的倍率性能可以和固-液復(fù)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。