想象一下，如果手機(jī)電池不僅更安全、體積更小，而且充電一次可以用更久，那該多好！近日，中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所科研團(tuán)隊(duì)在全固態(tài)鋰電池領(lǐng)域取得新的突破，有望讓電子設(shè)備小型化、長(zhǎng)續(xù)航的夢(mèng)想成為現(xiàn)實(shí)。這一成果7月31日在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然—能源》發(fā)表。

手機(jī)、電腦和其它電子設(shè)備中使用的鋰離子電池，大多都是通過(guò)液體電解質(zhì)來(lái)儲(chǔ)存和釋放能量。現(xiàn)在，科學(xué)家們正在研究一種新型電池——全固態(tài)鋰電池。這種電池使用固態(tài)電解質(zhì)，而不是液體，這使得它們更安全，不會(huì)像液體電解質(zhì)那樣容易泄漏或起火。

雖然全固態(tài)鋰電池聽(tīng)起來(lái)很理想，但在研發(fā)中也面臨一些問(wèn)題，主要是電池正極內(nèi)部的不同材料在化學(xué)和物理性質(zhì)上很難完美匹配，產(chǎn)生多種界面問(wèn)題進(jìn)而影響電池的能量密度和使用壽命。為了解決這個(gè)問(wèn)題，科研團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種新的材料——均質(zhì)化正極材料（鋰鈦鍺磷硫硒）。

△復(fù)合正極和均質(zhì)化正極在充電過(guò)程中微觀結(jié)構(gòu)演變示意圖

與傳統(tǒng)材料相比，該材料具有高電導(dǎo)率、高能量密度、長(zhǎng)使用壽命等優(yōu)勢(shì)：

1. 高電導(dǎo)率：這種新材料兼具高離子電導(dǎo)率、高電子電導(dǎo)率，比傳統(tǒng)的電池材料（層狀氧化物正極材料）高出1000倍以上。這意味著，即便不依賴導(dǎo)電助劑，正極也能順暢地完成充放電過(guò)程，顯著提升了電池的整體性能。

2. 高放電比容量：新材料的放電比容量較高，達(dá)到250毫安時(shí)每克，超過(guò)了目前使用的高鎳正極材料。在相同的重量或體積下，新材料的電池能夠存儲(chǔ)更多的電能。不僅能夠讓電池在不頻繁充電的情況下持續(xù)運(yùn)行更長(zhǎng)時(shí)間，提高續(xù)航能力；而且減小電池的體積，有助于設(shè)計(jì)更緊湊的設(shè)備。

3. 低體積變化：在充放電過(guò)程中，新材料的體積變化僅為1.2%，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)材料（層狀氧化物正極材料）的50%。這種微小的體積變化有助于維持電池結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而延長(zhǎng)電池的使用壽命。

4. 高能量密度：使用這種新材料的全固態(tài)鋰電池，其能量密度達(dá)到390瓦時(shí)每千克，是目前所報(bào)道長(zhǎng)循環(huán)全固態(tài)鋰電池的1.3倍。

5. 長(zhǎng)使用壽命：使用該材料的全固態(tài)鋰電池可以實(shí)現(xiàn)大于10000圈的超長(zhǎng)循環(huán)，電池在經(jīng)過(guò)5000次循環(huán)充電后，仍能保持80%的初始容量。能夠更長(zhǎng)時(shí)間提供更充足的電量。

這項(xiàng)研究對(duì)開(kāi)發(fā)高能量密度、長(zhǎng)使用壽命的儲(chǔ)能設(shè)備，為新能源汽車(chē)、儲(chǔ)能電網(wǎng)、深海深空裝備等提供安全、耐久的動(dòng)力源提供了技術(shù)支撐，對(duì)開(kāi)發(fā)新型儲(chǔ)能體系等具有重要意義。