全固态锂电池通常采用包含了电极活性材料、导电子和导离子助剂的复合电极。不同组分之间在化学、电化学和力学等性能上难以完美匹配从而诱发多种界面问题，严重恶化电池能量密度和使用寿命。

 

对此，中国科学院青岛生物能源与过程研究所固态能源系统技术中心在崔光磊研究员带领下，由鞠江伟、崔龙飞、张舒博士等开创性设计出了一种新的均质化正极材料 ——Li1.75Ti2(Ge0.25P0.75S3.8Se0.2)3，兼具高离子电导率（0.2 mS cm−1）、高电子电导率（225 mS cm−1）和高放电比容量（250 mA h g−1）。

 

与传统材料相比，这种材料具有高电导率、高能量密度、长使用寿命等优势，颠覆了全固态锂电池复合正极的范式，从根本上解决了上述难题，制备出兼具高能量密度和长循环寿命的全固态锂电池。

 

▲ 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

这一突破有望让电子设备小型化、长续航的梦想成为现实，相关研究成果已于 7 月 31 日发表在国际学术期刊《自然 — 能源》上（IT之家附 DOI:10.1038/s41560-024-01596-6）。

 

该材料的离子和电子电导率高于传统层状氧化物正极材料 1000 倍以上，比容量超过目前的高镍正极材料。同时，该材料在充放电过程中仅发生 1.2% 的体积形变，低于传统层状氧化物正极材料的 50%。

 

高的电导率可确保正极在不添加导电助剂的情况下正常充放电，低的体积形变保证了电池在充放电过程中结构的稳定性。以 100% 活性材料构筑的全固态锂电池在 5000 圈循环后保持初始容量的 80%，其 390 Wh/kg 的高能量密度是目前所报道长循环全固态锂电池的 1.3 倍。

 

官方指出，这项研究对开发高能量密度、长使用寿命的储能设备，为新能源汽车、储能电网、深海深空装备等提供安全、耐久的动力源提供了技术支撑，对开发新型储能体系等具有重要意义。