马骋团队及其合作者通过对一种经典钙钛矿结构的固态电解质中的杂质相进行原子级观测,虽然杂质和固态电解质结构迥异,研究者却观察到他们的原子在界面处能以相互外延的形式排布。经过一系列细致的结构和化学分析,研究者发现这一杂质相和高容量的富锂层状物电极结构相同。

8月21日,顶级学术期刊《Matter》刊登中国科学技术大学的马骋教授和他的合作者最新成果。该成果提出一种新策略,可以有效解决下一代固态锂电池中电极材料和固态电解质接触差这一关键问题,合成出的固态复合物电极展现出优异的容量和倍率性能。

当前主流锂电池使用液态电解质,存在起火等安全隐患,且特定体积内能够储存的能量有限,但能解决这些问题的下一代固态锂电池仍存在很多尚未攻克的难题。用固态电解质替换传统锂离子电池中的有机液态电解质可以极大缓解安全问题,且有望突破能量密度的“玻璃天花板”。然而,主流电极材料也是固态物质,由于两种固态物质之间的接触几乎不可能像固-液接触那样充分,目前使用固态电解质的电池难以实现良好的电极-电解质接触,电池整体性能也并不令人满意。

马骋团队及其合作者通过对一种经典钙钛矿结构的固态电解质中的杂质相进行原子级观测,虽然杂质和固态电解质结构迥异,研究者却观察到他们的原子在界面处能以相互外延的形式排布。经过一系列细致的结构和化学分析,研究者发现这一杂质相和高容量的富锂层状物电极结构相同。

利用观察结果,研究者将成分和钙钛矿固态电解质相同的非晶粉末在富锂层状物颗粒的表面做成结晶,成功地在新复合物电极中实现两种固态材料间充分、紧密的接触。解决了电极-电解质接触问题,这种固-固复合物电极的倍率性能可以和固-液复合物电极相媲美。更重要的是,研究者还发现这种外延的固-固接触可以容忍很大的晶格错配,因此他们提出的策略可适用于多种钙钛矿固态电解质和层状电极。

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