中国学者攻克固态锂电池电极电解质瓶颈

　　核心提示：由于使用有机液体电解质，传统锂离子电池普遍易燃，能量密度难以进一步提高。与有机液体电解质相比，大多数固体电解质是不可燃的，可以减少甚至消除电池着火的风险。同时，它们具有更宽的电化学稳定性窗口，允许更高的正负电极电压组合来增加电池的能量密度。然而，主要电极材料也是固体。如果用固体电解质代替液体电解质，作为固液界面的电极与电解质之间很难形成紧密、充分的接触，这将严重影响锂离子在电极与电解质之间的传输效率。这个瓶颈是固态电池最困难的挑战之一。

　　记者从中国科技大学(USTC)获悉，马教授(Ma)、南哲文院士和清华大学的研究小组和团队合作制备了复合阳极和传统糊涂正极的性能，从而为固体电极与电解液接触不良的电池提供了一种新思路，克服了这一瓶颈。研究结果发表在《国际材料科学杂志》上。

　　由于使用有机液体电解质，传统锂离子电池一般易燃，能量密度难以进一步提高。与有机液体电解质相比，大多数固体电解质是不可燃的，可以减少甚至消除电池着火的风险。同时，它们具有更宽的电化学稳定性窗口，允许更高的正负电极电压组合来增加电池的能量密度。然而，主要电极材料也是固体。如果用固体电解质代替液体电解质，作为固液界面的电极与电解质之间很难形成紧密、充分的接触，这将严重影响锂离子在电极与电解质之间的传输效率。这个瓶颈是固态电池最困难的挑战之一。

　　在利用电子显微镜研究钙钛矿结构的固体电解质时，研究人员发现，富锂层状氧化物结构作为一种高性能电极材料，可以与钙钛矿结构形成外延界面，从而在原子尺度上形成紧密而充分的固-固接触。对外延界面的进一步分析表明，界面处每15个原子表面就会形成失配位错，释放累积应变。这种特殊的外延界面广泛存在于层状和钙钛矿体系中，电极和电解质的晶格尺寸不相似。

　　研究结果应用于材料的制备。制备了具有原子界面键合的电极-电解质复合阳极材料，并对其性能进行了表征。结果表明，该方法制备的固-固复合电极中活性物质与电解质的结合接近固液接触，其比例不低于传统浆料涂覆法制备的固液复合电极。

　　该方法为克服固态电池电极-电解液接触不良的瓶颈提供了新的思路。

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