圖/中國(guó)海洋大學(xué)

來自中國(guó)海洋大學(xué)的消息顯示，近日，中國(guó)海洋大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院在固態(tài)電池研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展，相關(guān)論文《高效離子滲透網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)高負(fù)載全固態(tài)正極》（Efficient Ion Percolating Network for High-Performance All-Solid-State Cathodes）發(fā)表在國(guó)際頂尖期刊Advanced Materials（IF：29.4）。材料科學(xué)與工程學(xué)院2022級(jí)博士研究生程廣增為第一作者，吳敬一教授和王煥磊教授為共同通訊作者，中國(guó)海洋大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院為第一通訊單位。

全固態(tài)鋰電池（ASSLBs）采用固態(tài)電解質(zhì)（SSE），具備高能量密度的固有優(yōu)勢(shì)，被視為未來電化學(xué)儲(chǔ)能器件中最具前景的選擇之一。盡管如此，目前尚未充分挖掘ASSLBs快速充放電的動(dòng)力學(xué)潛力，而且面臨著正極負(fù)載量低和倍率性能差等嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，這些問題嚴(yán)重制約了全固態(tài)電池的大規(guī)模應(yīng)用。研究表明，雖然高離子電導(dǎo)率的SSE可以提升ASSLBs的電化學(xué)性能，但固態(tài)正極內(nèi)部的離子傳輸同樣至關(guān)重要，尤其是考慮到電池運(yùn)行過程中，由SSE、正極活性物質(zhì)（CAM）顆粒和孔隙物理混合形成的固態(tài)正極中離子滲透的復(fù)雜性。因此，通過微觀結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)來確保固態(tài)正極內(nèi)部離子的高效滲透，對(duì)于構(gòu)建性能優(yōu)越的ASSLBs具有重要意義。

基于此，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種磁場(chǎng)誘導(dǎo)的方法來控制Li_0.35La_0.55TiO₃納米線（LLTO NWs）在固態(tài)復(fù)合正極中的垂直取向，使離子在只有1 vol% LLTO NWs的高負(fù)載正極中有效滲透。組裝測(cè)試了LiFePO₄（LFP）為CAM的全固態(tài)電池，在60 ℃下以2C和5C的電流密度進(jìn)行放電，其可逆放電容量分別為151和100mAh g^-1。令人印象深刻的是，電池在2 C的電流密度下，室溫下的比容量達(dá)到了108mAhg^-1。此外，即使LFP的負(fù)載量達(dá)到20mgcm^-2，電池的面積容量也能夠達(dá)到3mAhcm^-2。進(jìn)一步的研究表明，該復(fù)合正極在使用LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂作為CAM時(shí)仍然具有較高的倍率和容量保持能力，這肯定了低迂曲度離子滲透網(wǎng)絡(luò)在正極中的通用性，并為復(fù)合正極的設(shè)計(jì)提供了新的視角。該研究工作實(shí)現(xiàn)了正極內(nèi)離子的快速傳輸和電池的高能量密度，為實(shí)用的高性能全固態(tài)鋰離子電池提供了一個(gè)有前景的解決方案。

吳敬一主要從事新型復(fù)合材料的設(shè)計(jì)及其在下一代二次電池中的應(yīng)用，目前研究聚焦在水系鋅電池、鋰金屬電池、固態(tài)電池。自2022年以青年英才工程第一層次引進(jìn)入學(xué)校以來，在國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金、山東省泰山學(xué)者青年專家、中國(guó)海洋大學(xué)青年英才工程的資助下，已經(jīng)以中國(guó)海洋大學(xué)為第一單位在Advanced Materials （2023）、Advanced Materials （2022）、eScience （2023）、Energy & Environmental Materials （2023）、Small Methods （2023）、Small （2023）、SusMat （2022）等高水平期刊上發(fā)表了一系列成果。本次在Advanced Materials上發(fā)表的研究成果是該研究團(tuán)隊(duì)在人才培養(yǎng)和國(guó)內(nèi)外科研合作方面取得的又一重要進(jìn)展。