近日，大連化學(xué)物理研究所儲能技術(shù)研究部(DNL17)李先鋒研究員、楊曉飛研究員團(tuán)隊在全固態(tài)電池領(lǐng)域取得新進(jìn)展，團(tuán)隊結(jié)合了鹵化物電解質(zhì)的高離子電導(dǎo)率和轉(zhuǎn)化型正極多電子轉(zhuǎn)移的優(yōu)勢，開發(fā)了一系列基于嵌入-轉(zhuǎn)化耦合反應(yīng)機(jī)制的高容量LixFeXx+2 (X=Cl, Br)正極材料，為高比能全固態(tài)鋰電池正極的開發(fā)提供了新思路。
 

　　全固態(tài)鋰電池因高比能和高安全性的特點(diǎn)受到廣泛關(guān)注，但其能量密度仍受基于嵌入-脫出反應(yīng)機(jī)制低容量氧化物正極材料的限制。另一方面，氧化物正極材料的離子電導(dǎo)率較低，需引入15%wt.至30%wt.的支撐電解質(zhì)來構(gòu)筑Li+傳輸通道，進(jìn)一步降低了電池的能量密度。此外，依靠點(diǎn)對點(diǎn)的“固-固”接觸來構(gòu)建均一的活性材料-電子導(dǎo)體-離子導(dǎo)體三相界面十分困難，活性材料會因失去與離子導(dǎo)體或電子導(dǎo)體接觸而導(dǎo)致活性物質(zhì)利用率降低。
 

　　為了解決上述難題，團(tuán)隊開發(fā)了一系列基于嵌入-轉(zhuǎn)化耦合反應(yīng)機(jī)制的LixFeXx+2正極材料。該材料具有較高的離子電導(dǎo)率，可實現(xiàn)活性材料與支撐電解質(zhì)的一體化，將正極中的三相界面簡化為活性材料-電子導(dǎo)體的兩相界面，提高了電池的界面相容性。此外，基于嵌入-轉(zhuǎn)化耦合反應(yīng)機(jī)制，LixFeXx+2正極材料可實現(xiàn)從Fe3+到Fe0的3電子轉(zhuǎn)移。其中，以LiFeCl3正極材料組裝的全固態(tài)電池在0.1mA/cm2的電流密度下的放電比容量達(dá)到446mAh/g，比能量達(dá)到912Wh/kg。
 

　　相關(guān)成果以“Multi-Electron Transfer Halide Cathode Materials Based on Intercalation-Conversion Reaction Towards All-Solid-State Lithium Batteries”為題，發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》(Angewandte Chemie International Edition)上。該工作的第一作者是DNL17博士后周旭(已出站)、安徽大學(xué)物質(zhì)科學(xué)與信息技術(shù)研究院講師姜明。該工作得到國家自然科學(xué)基金、遼寧省優(yōu)秀青年基金、中國科學(xué)院專項人才計劃(B)等項目的支持。(文/圖 周旭)