近期,中国科学院青岛生物能源与过程研究所研究团队提出了一种电子—离子协同导电网络(EICN)设计策略,开发出新型Li–Al–Si–Zn(ASZ@Li)四元合金负极,实现了全固态电池超快速充放电的优异性能。

ASZ@Li复合负极结构示意图  图片来源:中科院青岛生物能源与过程研究所

ASZ@Li复合负极结构示意图  图片来源:中科院青岛生物能源与过程研究所

据中科院青岛生物能源与过程研究所消息,硫化物全固态电池因具有高能量密度和优异安全性,被视为下一代动力电池的重要发展方向。然而,在高倍率充放电过程中,负极电子传输缓慢、锂离子扩散受限、固—固界面持续退化以及枝晶生长等问题相互耦合,严重制约了全固态电池的倍率性能和循环寿命。

近期,中国科学院青岛生物能源与过程研究所研究团队提出了一种电子—离子协同导电网络(EICN)设计策略,开发出新型Li–Al–Si–Zn(ASZ@Li)四元合金负极,实现了全固态电池超快速充放电的优异性能。

该新型合金负极由LiAl、LiZn和LiSi多相组成,其中LiAl相建立连续电子导电网络,LiZn相促进锂离子快速、均匀传输,富硅区域负责可逆储锂并缓冲体积变化,三者协同实现了电子导电、离子传输和结构稳定性的统一。此外,该合金负极具备对硫化物电解质的优异化学/电化学稳定性,无需人工SEI防护层。

在55℃下,ASZ@Li负极展现出优异的倍率性能和循环稳定性,与Ni90正极组装的全固态电池,在50C倍率下仅需72秒即可完成一次完整充放电,并保持105.6mAh g-1的高可逆容量。电池在20C倍率下,循环2050次后容量保持率达到80%;在50C倍率下,循环1460次后仍保持80%的容量。

EICN的作用机制分析发现,Al的引入提高了材料电子导电能力,Zn能够增强材料亲锂性并降低锂离子迁移势垒,从而促进电子和锂离子的协同快速传输。该设计可有效降低界面阻抗、抑制硫化物电解质分解并维持稳定的界面结构,提升全固态电池在高倍率条件下的循环稳定性。

此外,企查查数据显示,截至7月17日,国内固态电池相关专利达1.77万项,其中,发明公布占比65.09%,占比最高;发明授权占比28.02%。发明公布与发明授权合计占比达93.12%,构成国内固态电池相关专利的绝对主体。此外,实用新型占比6.71%;外观设计占比0.18%,占比最低。

发明类专利占比突出,反映出国内固态电池领域的技术创新活跃度较高,核心技术储备以发明专利为主导。

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[责任编辑:张倩]

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