高能量密度是儲能器件未來的重要發(fā)展方向，鋰離子電池作為一類性能優(yōu)異的儲能器件在過去的幾十年中大放異彩。然而目前傳統(tǒng)鋰離子電池正極材料的能量密度已經(jīng)逼近理論值，如何進(jìn)一步提升能量密度成為了全世界范圍關(guān)注的研究熱點(diǎn)。

全固態(tài)金屬鋰電池作為下一代高能量密度主流技術(shù)方案受到研究人員廣泛關(guān)注。理論上電池器件的能量密度在材料層面由其理論能量密度決定，但是在電極層面由于需要引入大量非活性成分（電解質(zhì)，導(dǎo)電添加劑和粘合劑）用于保障電極材料離子和電子輸運(yùn)能力從而使得電極材料層面的能量密度通常小于材料理論能量密度，在全固態(tài)電極中二者差距進(jìn)一步擴(kuò)大。因此如何在電極層面上充分發(fā)揮材料的理論能量密度被視為一個重要的研究方向。

中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心清潔能源實(shí)驗(yàn)室E01組博士生李美瑩在中國工程院院士、物理所研究員陳立泉和特聘研究員索鎏敏指導(dǎo)下與美國麻省理工大學(xué)教授李巨合作，首次提出采用全電化學(xué)活性電極構(gòu)建全固態(tài)電池的新思路。

通過采用高電子 - 離子混合導(dǎo)電活性物質(zhì)作為正極實(shí)現(xiàn)100%全活性物質(zhì)全固態(tài)電極，與金屬鋰負(fù)極搭配，構(gòu)建出高能量密度全活性物質(zhì)全固態(tài)電池，在該類新型全固體金屬鋰電池中材料層面的能量密度可以在電極層面得到100%發(fā)揮。

據(jù)介紹，全電化學(xué)活性全固態(tài)電池概念最先在一系列具有電化學(xué)活性的高離子 - 電子過渡金屬硫化物材料中實(shí)現(xiàn)，并通過與高容量硫正極復(fù)合，在電極層面上實(shí)現(xiàn)了770Wh/kg和1900Wh/L的能量密度(商用鈷酸鋰電極層面上的能量密度為480Wh/kg 和1600Wh/L)。

預(yù)計(jì)未來隨著更多新型全活性固態(tài)電極發(fā)現(xiàn)，有望進(jìn)一步提升全固態(tài)電池能量密度，從而實(shí)現(xiàn)高能量密度高安全的全固態(tài)鋰電池。

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