近日，天目湖先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)研究院有限公司（簡(jiǎn)稱TIES）和中科院物理所等機(jī)構(gòu)的科研人員開發(fā)出一種全固態(tài)電池（ASSB）用新型陽極材料，可以抑制鋰枝晶的生長(zhǎng)，從而長(zhǎng)期穩(wěn)定電池循環(huán)。該成果以“用于高性能全固態(tài)鋰離子電池的硬碳穩(wěn)定的鋰硅陽極”為題，發(fā)表在“自然能源”（nature energy）期刊上。

論文地址：DOI：10.1038/s41560-023-01279-8

ASSB中Si、LiSi和LiSH46陽極的機(jī)理示意圖

全固態(tài)電池（ASSB）由于在安全性和功率密度方面都可以顯著優(yōu)于采用液體或聚合物電解質(zhì)的電池，從而越來越多成為行業(yè)研究焦點(diǎn)。其中備受關(guān)注的材料組合是硫化物電解質(zhì)和金屬鋰陽極，但由于枝晶的生長(zhǎng)和界面化學(xué)反應(yīng)，鋰金屬陽極會(huì)迅速失去其容量并停止正常工作。而硅陽極也存在巨大的體積膨脹問題。

本次研究種，科研人員合成了一種硬碳穩(wěn)定的鋰硅合金陽極，其中硅的燒結(jié)導(dǎo)致微米顆粒轉(zhuǎn)變?yōu)橹旅艿倪B續(xù)體。陽極中產(chǎn)生了由可塑性變形的富鋰相（Li、Si和LiC）組成的3D離子電子導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，擴(kuò)大了活性面積并緩解了應(yīng)力集中，從而改善了電極動(dòng)力學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定性。

論文中提到，研究人員通過含硅薄膜和鋰箔之間的簡(jiǎn)單壓力誘導(dǎo)反應(yīng)制造了陽極——“通過硬碳穩(wěn)定的Li-Si陽極，使用LiCoO₂或LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂陰極和Li₆PS₅Cl電解質(zhì)的全電池實(shí)現(xiàn)了良好的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。”通過實(shí)驗(yàn)，該材料體系在1C下實(shí)現(xiàn)5000次循環(huán)（5.86mAhcm^-2），不僅抑制了枝晶的生長(zhǎng)并提高ASSB的電流密度，從而證明其實(shí)際應(yīng)用潛力。

天目湖先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)研究院有限公司（簡(jiǎn)稱TIES）由江蘇中關(guān)村科技產(chǎn)業(yè)園與中國(guó)科學(xué)院物理研究所聯(lián)合創(chuàng)建，位于江蘇常州溧陽。物理所陳立泉院士出任名譽(yù)院長(zhǎng)，李泓研究員任院長(zhǎng)。

TIES項(xiàng)目一期總投資5億元，場(chǎng)地總面積約51000平米，其中實(shí)驗(yàn)室面積46000平米，辦公面積5000平米。自2019年4月11日正式揭牌運(yùn)營(yíng)以來，TIES結(jié)合國(guó)家、地方政府、國(guó)內(nèi)外大型企業(yè)的戰(zhàn)略需求，以發(fā)展引領(lǐng)未來的具有實(shí)用化前景的先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)為導(dǎo)向。參考世界范圍內(nèi)企業(yè)類型高端研究院的成功經(jīng)驗(yàn)，TIES定位以創(chuàng)新和市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)發(fā)展，完成了業(yè)務(wù)的全面規(guī)劃和布局。

編譯整理 YUXI