【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所催化基礎(chǔ)國家重點實驗室二維材料化學(xué)與能源應(yīng)用研究組(508組)吳忠?guī)浹芯繂T、石浩東副研究員團隊開發(fā)出新型高離子電導(dǎo)率硫銀鍺礦型固態(tài)電解質(zhì)，為寬溫域、高載量、長壽命的全固態(tài)鋰離子電池的開發(fā)奠定基礎(chǔ)。
全固態(tài)電池因其高能量密度和優(yōu)異的安全性而受到廣泛關(guān)注。開發(fā)具有良好的界面穩(wěn)定性和高離子電導(dǎo)率的固態(tài)電解質(zhì)，是實現(xiàn)高正極載量和寬溫域適應(yīng)性全固態(tài)電池商業(yè)化應(yīng)用的基礎(chǔ)。目前，僅有少數(shù)幾種固態(tài)電解質(zhì)可在室溫下實現(xiàn)超過10mS/cm的離子電導(dǎo)率。因此，需要開發(fā)具有優(yōu)異離子電導(dǎo)率和高穩(wěn)定性的固態(tài)電解質(zhì)，以發(fā)展具有優(yōu)異電化學(xué)性能的全固態(tài)鋰離子電池。
本工作中，研究團隊通過多陽離子(Ge、Si、Sb)摻雜和取代策略，開發(fā)出一種新型的高熵硫化物固態(tài)電解質(zhì)“Li20/3(GeSiSb)1/3S5I(LGSSSI)”。得益于較低的鋰離子遷移活化能(0.17eV)，該電解質(zhì)展現(xiàn)出優(yōu)異的離子電導(dǎo)率。冷壓后，該電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率達12.7mS/cm，熱壓后，其離子電導(dǎo)率可進一步提升至32.2 mS/cm。研究發(fā)現(xiàn)，基于LGSSSI電解質(zhì)的全固態(tài)鋰離子電池，在超高正極載量(100mg/cm2)和較寬溫度范圍(-20至60°C)內(nèi)，均展現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)性能。此外，該電解質(zhì)與多種正負極材料，包括LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2、LiCoO2正極，以及鋰銦合金、硅碳負極等均具有良好的界面兼容性，有望為下一代高能量密度全固態(tài)電池的商業(yè)化應(yīng)用提供材料支撐。
508組長期致力于全固態(tài)電池關(guān)鍵材料和產(chǎn)品的開發(fā)，近年來取得了系列研究進展，包括開發(fā)新型聚合物電解質(zhì)鋰金屬固態(tài)電池(Interdisciplinary Materials，2023)、空氣穩(wěn)定和鋰金屬穩(wěn)定硫化物固態(tài)電解質(zhì)(SusMat，2024)、鋰離子電池新型正極材料(Energy & Environmental Science，2024；Energy & Environmental Science，2024)、大面積超薄無枝晶鋰合金負極材料(Energy Storage Materials，2025)等，并綜述了快充石墨負極材料的最新研究進展(Energy & Environmental Science，2023)。
上述研究成果以“A Superionic Conductor Lithium Argyrodite Sulfide of Li7-x(GeSi)(1-x)/2SbxS5I Towards All-Solid-State Lithium-Ion Batteries”為題，以快報(Letters)的形式發(fā)表在《美國化學(xué)會能源快報》(ACS Energy Letters)上，并被選為補充封面文章(Supplementary Cover paper)。該工作的共同第一作者是我所508組博士研究生馬宇鑫和中國石油大學(xué)(華東)與我所聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生靳道寬。上述工作得到國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃、榆林中科潔凈能源創(chuàng)新研究院能源革命科技專項、遼寧省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計劃、大連市科技人才創(chuàng)新支持政策實施計劃等項目的資助。
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