中科院青島生物能源與過程研究所固態(tài)能源系統(tǒng)技術(shù)中心消息顯示，近日，青島能源所崔光磊研究員帶領(lǐng)的固態(tài)能源系統(tǒng)技術(shù)中心在鐵電材料增強(qiáng)硫化物全固態(tài)鋰電池容量的機(jī)理研究方面取得重要進(jìn)展。相關(guān)成果發(fā)表在Advanced Functional Materials《先進(jìn)功能材料》上。

全固態(tài)鋰電池相比于傳統(tǒng)的液態(tài)鋰電池具有更高的安全性和更高的能量密度，被認(rèn)為是最具潛力的下一代儲(chǔ)能技術(shù)。然而，全固態(tài)鋰電池電極/電解質(zhì)界面處復(fù)雜的界面問題極大限制了鋰離子的傳輸、制約了電池容量的發(fā)揮。因此，增強(qiáng)鋰離子在電極/電解質(zhì)界面處的傳輸能力是獲得高能量密度全固態(tài)鋰電池的必要前提。

本工作通過簡單環(huán)保的溶劑蒸發(fā)法將分子鐵電體高氯酸胍（GClO₄）包覆在LiCoO₂正極顆粒的表面。由于GClO₄和LiCoO₂晶胞體積存在的差異，使得GClO₄包覆在LiCoO₂表面之后因晶胞失配產(chǎn)生了撓曲電效應(yīng)，誘使GClO₄中鐵電偶極子發(fā)生定向排列，產(chǎn)生了垂直于正極顆粒表面向下的鐵電內(nèi)建電場。該電場可以將Li6PS5Cl電解質(zhì)中的鋰離子遷移至LiCoO₂/GClO₄/Li₆PS₅Cl三相界面處，從而實(shí)現(xiàn)了抑制空間電荷層、提升鋰離子傳輸?shù)哪康?。電化學(xué)性能測試的結(jié)果顯示，包覆了2wt% GClO₄的LiCoO₂||Li₆PS₅Cl||InLi全固態(tài)鋰電池的容量遠(yuǎn)高于未改性的裸LiCoO₂電池，且當(dāng)電壓上限提升至4.0 V（vs. InLi）時(shí)，電池容量可達(dá)相應(yīng)液態(tài)電池容量的91.6%。本研究不僅設(shè)計(jì)了具有優(yōu)異電化學(xué)性能的硫化物全固態(tài)鋰電池，而且為鐵電材料增強(qiáng)鋰電池性能的研究提供了理論指導(dǎo)。

博士后李文儒和助理研究員張舒為文章的共同第一作者，通訊作者為崔光磊研究員、馬君副研究員、青島大學(xué)溫崢教授和南京理工大學(xué)劉震副教授。